E10-GuiaRobotica

CARTILLA GUÍA DE ROBÓTICA Parque Explora – Secretaría de Educación

2014

CARTILLA GUÍA DE ROBÓTICA

Parque Explora – Secretaría de Educación de Medellín

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CONTENIDO

Guías individuales organizadas por temáticas. Cada guía sirve para orientar al tutor en las actividades teóricas y prácticas que puede realizar durante las sesiones. También se encontrarán las plantillas que correspondan a las actividades manuales a realizar.

REALIZACIÓN Y EDICIÓN:

Parque Explora Primera Edición: Enero 2014.

Rev. 1.0


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Contenido Introducción a la Robótica .................................................................................. 2

Mecanismos con Engranajes ............................................................................. 6

Sesión E1: Elementos Electrónicos .................................................................. 21

Sesión E2: Juego de Luces .............................................................................. 36

Sesión E3: Detector de Oscuridad ................................................................... 40

Sesión E4: Alarma de Oscuridad ..................................................................... 43

Sesión E5: Generador de Tonos ...................................................................... 46

Sesión E6: Control Intensidad LED .................................................................. 48

Sesión E7: Motores y Micro-Switches ............................................................. 50

Sesión E8: Control Velocidad Motor DC .......................................................... 54

Sesión E(9-10): Circuitos Comparadores ......................................................... 59

Sesión E11: Los Secuenciadores .................................................................... 67

Sesión E12: Secuencias de Motores ............................................................... 72

Reto Electrónica: .............................................................................................. 75


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Introducción a la Robótica ¿El primer robot moderno, se inspiró en una tortuga? ¿Existen varios tipos de robots? ¿Puede una nevera ser un robot? Un poco de Historia

Durante siglos, el hombre ha pensado en seres inanimados que cobran vida e interactuan con los humanos, ya sea para servirles o para revelarse en contra de ellos. Es amplia la literatura e historias en la que encontramos estos seres creados por el hombre, por ejemplo, el caso de Galatea y Pygmalion, donde esta cobra vida gracias a la diosa Venus y se casa con su creador, o el caso del Golem creado por el Rabí Judah Loew, quien servía a la comunidad judía de pragra, o Talos el autómata de creta, que cuidada la ciudad, o el mas popular y bien conocido Pinocho, creado por Geppeto un carpintero que buscaba en Pinocho la compañía de un hijo. Pero en la literatura solo aparece la palabra Robot, en la obra teatral de ciencia ficción R.U.R (Robots Universales de Rossum) que

se estrenó en Praga en 1921, escrita por el checo Karel Čapek, en donde los robots que trabajaban felices para la humanidad terminan revelandose. La palabra Robot proviene de la palabra Cheka Robota, que significa trabajador o servidor, por lo cual Karel Čapek la utilizó en su obra para referirse a estos servidores, aunque la idea viene originalmente del hermano de Karel, llamado Josef Čapek, de esta forma se reemplazó la palabra autómata utilizada hasta ese momento para referirse a estos seres. A pesar de que la idea de crear seres que interactuaran con su ambiente y exhibieran comportamientos de seres vivos es antigua, remontándose muchos


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siglos atrás, la aparición de robots que cumplieran con los criterios de lo que debería ser un robot es muy reciente, de hecho hacen su aparición a mediados del siglo pasado, con elsie la tortuga, considerada por muchos como el primer robot moderno. Elsie fue creada por Grey Walters en la década de los 40, esta tenía la capacidad de evadir obstáculos, pero más impresionante aún, era su capacidad de “alimentarse”, ya que buscaba una fuente energética donde recargar sus baterías cada vez que estas se estuvieran agotando.

Un robot moderno por tanto, reconoce su entorno, toma decisiones basado en información procedente del medio o de las comunicaciones que este establezca, y además realiza actividades para las cuales ha sido diseñado. Para que un robot, pueda tener las capacidades anteriormente descritas, se requiere que en su construcción se haga uso de elementos mecánicos y electrónicos operados por una unidad central de procesamiento controlada por procesos Lógicos o por Software, por lo cual, podemos pensar en la robótica como una línea integradora de saberes, donde convergen la electrónica, la mecánica y la programación como pilares fundamentales de la misma. Tipos de Robots Existen muchos tipos de robots, y existen muchas formas de clasicarlos, ya sea por su forma, por su movilidad, por sus grads de libertad, por su grado de complejidad, entre otras, pero nuestro interés no es clasificarlos de manera tan detallada, por lo cual a continuación mostramos los mas destacados:

MÓVILES: Este tipo de robot se caracteriza por tener gran capacidad de desplazamiento, además poseen sensores que les permiten guiarse en su entorno o moverse por teleoperación.


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ANDROIDES: Son robots humanoides, esto quire decir que se asemejan morfologicamente al ser humano, por tanto son bípedos, poseen dos brazos, cabeza, torso, etc. Aún se encuentran en estudio y están poco desarrollados. En un futuro, estos robots podrán ser utilizados como ayudantes, compañeros, sustitutos en tareas pesadas, guias, uotras actividades afines al ser humano.

ZOOMORFOS: Este tipo de robot se asemeja a distintos tipos de animales. En este tipo de robots es fundamental observar la biomecanica del movimiento de los seres vivos y tratar de emularla. Resultan muy utiles en exploración por su forma de locomoción.

INDUSTRIALES: Este tipo de robot se utiliza para tareas pesadas y repetitivas, o que revisten peligrosidad para los humanos. No requieren tener gran capacidad de desplazamiento pero si se caracterizan por tener movimientos finamente controlados. Ejemplo de este tipo de robots son los brazos robóticos utilizados por ejemplo en la industria automotriz.

Ahora que sabemos un poco de los robots, y que estos básicamente son sistemas mecatrónicos que exhiben algún grado de inteligencia o capacidad de desición, comenzaremos a observar en que consiste cada linea del saber que se integran en la robótica.


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Referencias http://www.tiposde.org/general/460-tipos-de-robots/ http://es.wikipedia.org/wiki/Rob%C3%B3tica http://robotica.wordpress.com/about/ http://es.wikipedia.org/wiki/Pinocho http://es.wikipedia.org/wiki/Galatea http://robotiica.blogspot.com/2007/10/historia-de-la-robtica.html http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lim/block_b_da/capitulo1.pdf http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/12195678/La-robotica.html

http://www.tiposde.org/general/460-tipos-de-robots/

http://es.wikipedia.org/wiki/Rob%C3%B3tica

http://robotica.wordpress.com/about/

http://es.wikipedia.org/wiki/Pinocho

http://es.wikipedia.org/wiki/Galatea

http://robotiica.blogspot.com/2007/10/historia-de-la-robtica.html

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lim/block_b_da/capitulo1.pdf

http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/12195678/La-robotica.html


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Mecanismos con Engranajes Sabías que los primeros engranajes datan aproximadamente del año 100 a.de.C ¿Cómo podemos transmitir movimiento entre dos puntos de un robot? El hombre ha trabajado con engranajes desde hace casi 2000 años. Un ejemplo de ello es el Mecanismo de Anticitera, el cual fue descubierto en los restos de un naufragio cerca a la isla griega de Anticitera y data del año 87 antes de Cristo aproximadamente. Este mecanismo fue diseñado para el calculo de la posición del sol, la luna y algunos otros planetas, y se cree que tambien estaba en capacidad de predecir eclipses.

Durante el renacimiento hubo grandes avances en los sistemas mecanicos gracias a las investigaciones llevadas a cabo por Leonardo DaVinci. En el año 1588 el ingeniero italiano Agostino Ramelli invento una maquina que se encargaba de mantener un conjunto de libros ordenados y enfilados, de tal forma que se pudiera acceder facilmente a ellos.

Pero, ¿Qué es un engranaje? Un engranaje es una pieza mecanica circular con cortes en los extremos (los cuales comunmente llamamos dientes) utilizada para transmitir movimiento de un lugar a otro. Se acoplan dos o mas engranajes para obtener ventajas mecánicas, ya sea en fuerza, en velocidad o en precisión.


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Podemos encontrar gran cantidad de engranajes en la transmision de movimiento de un motor, ademas podemos ver algunas de sus ventajas en los sistemas de reducción de velocidad, llamadas tambien cajas de cambios.

Tipos de Engranes La principal clasificación de los engranajes se efectúa según la disposición de sus ejes de rotación y según los tipos de dentado que estos tengan. Según estos criterios existen los siguientes tipos de engranajes: Ejes paralelos: Este tipo de clasificación proviene del hecho de que cuando ensamblamos varios de estos engranes, todos sus ejes quedan en disposición paralela.

Cilíndricos de dientes rectos Cilíndricos de dientes helicoidales

Engrane recto Engrane helicoidal Tipo Bisel

La función principal de estos engranes es trasladar el movimiento circular de un eje a otro, siendo estos perpendiculares entre sí.


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Tipo Oruga o Sin Fin

Este tipo de engranes son usados para generar un gran torque o fuerza, a pesar de que el movimiento del sistema es lento.

Animación de su funcionamiento http://en.wikipedia.org/wiki/File:Worm_Gear.gif Aplicaciones de los engranes Mecanismo Piñón Cadena El mecanismo piñón cadena es un método de transmisión muy utilizado para transmitir un movimiento giratorio entre dos ejes paralelos, los cuales pueden estar bastante separados. Este el mecanismo de transmisión que podemos encontrar en nuestras bicicletas, en las motos y en muchas máquinas e instalaciones industriales. Una de las principales ventajas de este mecanismo

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Worm_Gear.gif

http://es.wikipedia.org/wiki/Correa_de_distribuci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Bicicleta

http://es.wikipedia.org/wiki/Moto


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es que se evita el deslizamiento entre la rueda conductora y la cadena, lo cual es muy importante para la seguridad y además, para una transmisión eficiente del movimiento. Este mecanismo se compone de tres elementos: dos engranes separados, uno en cada uno de los ejes, y una cadena cerrada.

Sistemas de moto reducción

Toda máquina cuyo movimiento sea generado por un motor (ya sea eléctrico, de combustión u otro) necesita que la velocidad de dicho motor se adapte a la velocidad necesaria para el buen funcionamiento de la máquina. Además de esta adaptación de velocidad, se deben contemplar otros factores como la potencia mecánica, el estado térmico y los requisitos mecánicos establecidos.

Esta adaptación se realiza generalmente con un conjunto de engranajes que adaptan la velocidad y potencia mecánica montados en un cuerpo compacto denominado reductor de velocidad, también llamado sistema de moto reducción. Podemos encontrar sistema de moto reducción en sistemas como:

Brazos robóticos

Grúas mecánicas

Taladros

Máquinas CNC


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Sistema planetario de Engranajes:

Este tipo de sistemas consta de tres, cuatro o más engranajes planetas girando alrededor de un engranaje sol, y a su vez, el sol y los planetas giran en la parte interna de un engranaje mayor llamado corona.

Este sistema se utiliza como moto-reductor o moto-amplificador según el caso. Habitualmente el engranaje de salida es el engranaje sol, el cual se conecta a un eje para transmitir el movimiento; la velocidad de giro del sol, es mucho mayor que la velocidad de giro de los planetas alrededor del sol, por lo cual cuando el eje de salida se conecta al sol, la velocidad de salida es mucho mayor que la velocidad de entrada, donde el eje de movimiento de entrada está conectado al portaplanetas, un sistema mecánico que se une a los centros de los engranajes planetas.

Como dato curioso, cuando en un engranaje planeta, se marca un punto entre el borde y el centro del planeta y se hace girar alrededor del sol, el punto describirá un tipo de movimiento llamado epiciclo, característico del sistema ptolemaico que describía antiguamente el sistema solar.

Palancas Desde tiempos inmemoriales, el hombre ha ideado diferentes mecanismos que le permitan realizar con el menor esfuerzo físico posible, diversas tareas de manera eficiente, es el caso de la palanca, la cual permite por ejemplo, mover grandes pesos, incluso aquellos que humanamente son imposibles de levantar. ¿Sería posible levantar el mundo, con una palanca?, la respuesta que nos daría Arquímedes sería un contundente sí. Arquímedes fue un matemático griego, físico, ingeniero, inventor y astrónomo que vivió en Siracusa entre el 287 a.C y el 212 a.C., y aunque se conoce poco sobre su vida, es considerado


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como uno de los grandes científicos de la antigüedad. En el manuscrito “Sinagoga o Colección matemática” de Pappus de Alejandría, escrita alrededor del 340, aparece una cita de Arquímedes referente a la Palanca: “Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo” Pero, ¿Qué es una palanca?, bueno sencillamente, la palanca es un sistema compuesto por dos elementos, una barra rígida, que tiene como función transmitir una fuerza y un desplazamiento final, a partir de una fuerza y desplazamiento inicial, y un punto de apoyo de giro libre, también llamado fulcro.

Palanca en Parque Explora, Ilustra acerca de la capacidad de las palancas para generar grandes fuerzas. ¡Nuestro peso es suficiente para lograr levantar 1200Kg!

Es fácil pensar en las palancas desde los elementos que cotidianamente nos rodean y se basan en su principio, por ejemplo una balanza, unas tijeras, un destapador, etc., pero aun en nuestro cuerpo, intuitivamente utilizamos nuestras extremidades para realizar palanca, pensemos por ejemplo en el codo como un punto de apoyo o fulcro y en el antebrazo como una barra rígida, y la labor que juntos realizan, por ejemplo cuando se va a levantar un libro. Pensando en este último caso, es evidente para nosotros pensar, que si el libro es más pesado, tendremos que realizar un mayor esfuerzo para levantarlo, entonces, si nuestro antebrazo es una palanca, que función cumple?, realmente como se comentó anteriormente, las palancas no solo multiplican fuerzas, sino que además producen desplazamientos, y en este caso, esa es la funcionalidad del antebrazo como palanca, poder realizar un gran movimiento a partir de un punto de apoyo, por eso si nuestros brazos fueran más cortos, seguramente levantaríamos el libro con mayor facilidad, pero sacrificaríamos esfuerzo por alcance espacial. Esto se pone interesante, entonces cuales son las diferentes funcionalidades de las palancas, y que tipo de palancas existen?


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Existen tres tipos de palancas, las de primera clase, las de segunda clase y las de tercera clase, las cuales se diferencian entre sí, por la ubicación del fulcro, y porque las fuerzas que en esta se aplican, se producen en diferentes puntos de la misma. A partir del siguiente gráfico a las fuerzas mencionadas anteriormente las llamaremos carga y resistencia.

La fuerza llamada carga es aquella sobre la que se va a operar una fuerza contraria o desplazamiento, por ejemplo en el gráfico, la carga es la fuerza asociada al peso que la pesa produce en un extremo de la palanca, a la fuerza que busca levantar esta pesa, o mantenerla equilibrada se llama resistencia. A la luz de esta información las palancas se dividen en Palancas de primera clase

Este tipo de palancas se caracterizan porque el fulcro se encuentra entre la carga y la resistencia. Esta palanca funciona de dos formas, puede amplificar la fuerza que se aplica del lado de

la resistencia, teniendo como condición que mientras más cerca se encuentre el fulcro de la carga, más fácil se supera la carga, aunque se pierde capacidad de desplazamiento, en sentido contrario, si el fulcro está más cerca de la

Carga

Resistencia

Fulcro


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resistencia, se gana desplazamiento, pero hay que aplicar una fuerza muy grande para poder levantar la carga. Ejemplos de este tipo de palancas son: las tijeras, la balanza, el alicate. Palancas de Segunda clase En este tipo de palancas la carga a vencer se encuentra entre el fulcro y la resistencia. Este tipo de palancas es fácil de entenderlas si imaginamos un destapador, en el cual el fulcro estaría ubicado en la tapa, la carga es el dedo pulgar en medio del destapador, y la resistencia es producida por el resto de la mano que produce una fuerza en sentido contrario a la del pulgar, el resultado de estas acciones es una amplificación de la fuerza, que permite quitar la tapa de la botella. Otros ejemplos son: una carretilla, el abrelatas, la perforadora de hojas. Palancas de Tercera clase

En este tipo de palancas la fuerza producida para vencer la carga se ubica entre el fulcro y la misma, es decir que la resistencia es intermedia entre fulcro y carga. Este tipo de palancas, es muy útil en donde se requiere de precisión,

normalmente se debe aplicar una fuerza mayor a la fuerza de la carga. El ejemplo más claro de este tipo de palancas se comentó anteriormente, el ejemplo del antebrazo usado para levantar el libro, podemos notar que el fulcro es el codo, la fuerza de resistencia es producida por el musculo que llega al hueso y tiene la función de levantarlo, y la carga es el libro a levantar, como podemos ver, tanto fulcro como carga se encuentran en los extremos y se cumple que se requiere una fuerza mayor al peso del libro para poder levantarlo, pero a cambio tenemos más rango de desplazamiento para ubicarlo, y por tanto podemos situarlo con una mayor precisión.


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Otros ejemplos son: la cosedora, las pinzas para depilar, quitagrapas o un sistema compuesto de múltiples palancas como el mostrado en la figura, una pinza extensible.

Poleas

Nuestro interés se centra en este momento en un máquina simple llamada polea, la cual sencillamenteconsta deun disco surcado y una soga que utiliza el surco como guía, tal y como se aprecia en la figura. La polea es muy util como un elemento de transmisión, que tiene la capacidad de cambiar la dirección de la fuerza de manera conveniente, o de actuar en conjunto con otras poleas, para producir un mecanismo llamado poliplasto que es capaz de reducir la cantidad de fuerza que se debe aplicar al tratar de levantar un objeto o al realizar una tarea similar. Pero, ¿qué tan útiles pueden resultar las poleas para levantar cosas pesadas?, antes de emitir conceptos que nos permitan entender más sobre el tema, vamos a responder a esta pregunta desde la historia, recurriendo de nuevo a nuestro


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amigo Arquímedes de Siracusa. Arquímedes vivió en época del Rey Hierón de Siracusa, aproximadamente por el año 200 a.C., este Rey tenía como objetivo construir una flota naval muy poderosa, que tuviera la capacidad de hacerle frente al ejercito Romano que constantemente asediada a la región, por lo cual ordenó la construcción de un barco que superara a los demás de su época, y de hecho lo logró, pero se presentó un problema cuando la nave estaba lista, como fue construida sobre tierra, se encontraba encallada, y no parecía haber forma de moverla hasta el mar. En este punto de la Historia es donde aparece nuestro ingenioso Arquímedes, el cual, por orden del Rey, debía resolver el problema del barco, por lo cual ideó una máquina basada en poleas, que según cuenta la historia, fue capaz de mover la nave desde la tierra hasta el mar ante los ojos escépticos del Rey, se dice incluso que este tipo de mecanismos utilizados por Arquímedes solo requerían de acción manual para mover embarcaciones, ¡Arquímedes fue capaz de mover barcos con solo la fuerza de su mano! Tipos de poleas Vamos ahora a observar algunos tipos de poleas y conocer más acerca de su

función. Polea fija: Este tipo de polea no reviste ningún tipo de ventaja mecánica, es decir, la fuerza que se aplica para levantar un objeto es la misma que se debe aplicar para cargarlo sin necesidad de la polea, pero la diferencia está en la dirección en la cual se aplica la fuerza, debido a que no es lo mismo levantar algo en contra de la fuerza de gravedad, que utilizar la misma y el peso propio para levantar el mismo objeto, por lo tanto este tipo de polea permite aplicar la fuerza de una manera mucho más conveniente. Un ejemplo de uso de este tipo de poleas se da en los pozos, aunque la fuerza aplicada es equivalente al peso del agua que se saca del pozo, este sistema permite direccionar la fuerza de una manera más fácil, además de lograr acceder al agua que se encuentra en

un lugar inaccesible naturalmente para las personas.


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Polea móvil Cuando en una polea se fija uno de los extremos de su cable a una superficie estática y la carga es sujetada por el soporte de la polea, permitiendo que la fuerza para levantar la carga sea aplicada en el otro extremo del cable, tal y como se aprecia en la figura, podemos hablar de una polea móvil. Este tipo de polea posee una ventaja mecánica que no tiene la polea fija, ya que solo se requiere aplicar la mitad de la fuerza necesaria para levantar un objeto y no la totalidad de la misma, esto se debe a la sujeción de uno de sus extremos a un punto fijo, en el cual se absorbe la mitad de la fuerza debida al peso del objeto, por lo cual resulta realmente útil para reducir el trabajo necesario para levantar cosas.

Polipasto o aparejo Como vimos anteriormente, una polea móvil reviste una ventaja mecánica al reducir a la mitad la fuerza necesaria para levantar un objeto, y una polea fija proporciona la capacidad de direccionar la fuerza de una manera mucho más cómoda, por lo cual, cuando se une una polea móvil y una fija, se obtienen ambas ventajas y se obtiene un sistema realmente útil, conocido como polipasto o aparejo. Un polipasto puede tener un arreglo de diferentes poleas móviles y fijas, según lo que se requiera de cada mecanismo, teniendo presente que cada que se introduce una polea fija, se reduce a la mitad la fuerza necesaria para levantar la carga, por ejemplo, si se introducen dos poleas móviles, la fuerza requerida es de

solo un cuarto de la fuerza total. Hasta aquí hemos estudiado de una manera conceptual algunos tipos de mecanismos y su funcionalidad, esto es importante porque como veremos más adelante un buen conocimiento de los mismos nos permitirá tener más claridad


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a la hora de proponer soluciones mecánicas que incorporen unos o más mecanismos para lograr un fin determinado, es por lo cual a partir de esta pequeña revisión conceptual podemos realizar los montajes propuestos con el kit de mecanismos descrito en la siguiente sección.


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Electrónica

¿Sabías que existe una relación entre el flujo de corriente eléctrica y el flujo de sangre a través de tus venas? ¿Te has preguntado cómo funciona tu computador? ¿Sabes cuál es la gran invención del siglo XX? La electrónica es una rama de las ciencias, específicamente de la física y la ingeniería, que se encarga de estudiar y diseñar sistemas cuyo principio de funcionamiento se basa en el manejo controlado de un flujo microscópico de corriente.

Podemos considerar la aparición de la electrónica como el desarrollo más importante del siglo XX, permitiendo grandes avances tecnológicos en el campo de las comunicaciones, en el desarrollo de las computadoras modernas y además en el avance de nuevas tecnologías que hacen nuestra vida mucho más cómoda.

¿Para qué me puede servir la electrónica? Usando electrónica podemos construir y diseñar sistemas autónomos que se encarguen de realizar alguna tarea específica, como por ejemplo el tiempo que tarda en encenderse una bombilla, el control de temperatura de un sistema de calefacción o incluso un robot. Problema Práctico Imaginemos que necesitamos construir un robot que se sea capaz de acercase a una bombilla y ubicarse a una determinada distancia de esta. Naturalmente surge la pregunta ¿cómo podemos obtener una señal que relacione el fenómeno físico de la luz con el movimiento de las ruedas del robot? Dentro de este problema encontramos una gran cantidad de ingeniería electrónica,


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relacionada con el diseño y construcción de dispositivos que relacionan el mundo físico con el mundo electrónico, como por ejemplo los resistores sensibles a la luz (Foto-resistencia). Estos dispositivos cambian su resistencia dependiendo de la luz que incide sobre ellos, generando una conexión entre la luz del entorno y una señal eléctrica. Por lo tanto, la electrónica es el puente para crear y diseñar estos sistemas, los cuales son una interacción entre el mundo físico y el mundo electrónico-digital. Otros Sistemas Electrónicos Muchas de las cosas que vemos a nuestro alrededor funcionan con sistemas electrónicos, entre los cuales podemos mencionar celulares, computadores, televisores, juguetes etc. También podemos pensar en sistemas mucho más avanzados como satélites geoestacionarios, control inteligente para vehículos, cámaras fotográficas digitales, etc. CONCEPTOS INTRODUCTORIOS El Electrón Es una partícula elemental con carga negativa, necesaria para explicación de todos los fenómenos eléctricos y comúnmente denotados por la letra (e−). Podemos imaginar al electrón como un atleta que corre por una pista, llevando consigo una energía y una velocidad determinada.

Corriente eléctrica La corriente eléctrica es un flujo macroscópico de electrones libres, a través de un circuito eléctrico. Podemos pensar en este concepto como una carrera atlética en la cual cada uno de los atletas es un electrón, y el circuito es la pista de carreras. Si pudiéramos hacer un zoom a una parte del circuito podríamos ver a los electrones corriendo a través de este.


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Voltaje

El voltaje, también llamado fuerza electromotriz, es el encargado de acelerar los electrones a través del circuito, por lo tanto es necesario para establecer una corriente eléctrica. Nos podemos hacer una idea de una fuente de voltaje pensando en una fuente de agua: El flujo de agua a través de la fuente es el equivalente al flujo de electrones dentro del circuito, y la fuente electromotriz sería el equivalente a la bomba que impulsa el agua dentro de la fuente. El voltaje esta directamente ligado al concepto de batería, la cual encontramos comúnmente en nuestro hogar en diversos dispositivos como controles remotos o relojes de pared.


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Sesión E1: Elementos Electrónicos El objetivo principal de la práctica de hoy es que familiarices con los elementos de tu Kit de Electrónica ya que más adelante estos te permitirán armar curiosos circuitos con funciones como controlar la velocidad de un motor, activar una alarma o incluso reaccionar a las condiciones de luz del ambiente entre otras. Una de las primeras cosas que debes entender es que la electrónica es como un rompecabezas, donde las piezas son los componentes que conocerás en esta actividad, y si los conectas correctamente podrás conseguir fascinantes funciones. A medida que vayas aprendiendo más, estarás en capacidad realizar variados montajes leyendo numerosos planos que fácilmente podrás encontrar en libros o en internet. Seguramente hasta podrás diseñar algunas secciones de tus circuitos para que funcionen mejor de acuerdo a tus necesidades. Los elementos electrónicos son los dispositivos que forman parte de un circuito electrónico y desempeñan una función específica, como por ejemplo un microprocesador que realiza las operaciones matemáticas dentro de un computador. Estos los puedes encontrar en diferentes presentaciones, materiales y tamaños.

Generalmente se encapsulan en un material cerámico o plástico, y tienen un conjunto de terminales metálicas que se utilizan para crear las conexiones con otros elementos, ya sea mediante soldadura o a través de un protoboard de pruebas.


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Toma algunos de tus componentes y descríbelos a tu tutor. El Multímetro Dentro del salón de clases tendrás la oportunidad de trabajar con el multímetro, una herramienta de trabajo presente en todo laboratorio de electrónica. Este dispositivo te permite realizar una gran cantidad de medidas, entre las cuales podemos mencionar: voltaje, corriente, resistencia, continuidad entre otras.

Actividad Experimental Haciendo uso del multímetro, realizar una medida de voltaje de la batería suministrada dentro del kit de electrónica.


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¿Qué valor de voltaje aparece medido por el multímetro?... Haciendo uso de un multímetro y un diodo emisor de luz, proceda a realizar la siguiente conexión.

¿Qué pasa si invierte la conexión en el diodo emisor de luz?... La Protoboard Para la realización de todas nuestras actividades, es importante tener un manejo apropiado de la protoboard. Esta será nuestro tablero de experimentos; un dispositivo que nos facilita la interconexión de forma temporal de cada uno de los componentes electrónicos de forma ágil, cómoda y segura. La protoboard presenta un gran número de orificios conectados eléctricamente entre sí, en forma de patrón.


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Actividad Experimental: Aprendiendo a utilizar la protoboard Vamos a realizar el montaje en protoboard del siguiente circuito eléctrico, el cual consiste en encender un diodo emisor de luz. Para esta práctica es necesario tener a la mano:

- Protoboard - Resistencia de 1000 Ohm (Código de color: Café-Negro-Rojo) - Led luminoso - Batería de 9V

Debes iniciar la conexión del circuito identificando cada uno de los nodos, para este ejemplo podemos identificar 3 nodos. Realiza la conexión del nodo 1, de la siguiente forma:


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Ya que tienes ubicado el nodo 1 dentro de tu protoboard debes realizar la conexión de la resistencia de 1000 Ohm a este punto. Puedes utilizar los cables incluidos en tu kit para realizar estas conexiones.

Ahora procede a conectar la parte más larga del led luminoso al nodo 2.

Finalmente conectas el nodo 3 a la parte negativa de la batería. Con la realización de este paso el circuito debe de entrar en funcionamiento y el led se debe iluminar.


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Diagramas Electrónicos Así como para la construcción de edificios se usan planos; en electrónica también existen dibujos llamados circuitos esquemáticos que facilitan el trabajo de diseño. En estos cada uno de los elementos electrónicos se representa mediante un dibujo esquemático. Estos diagramas son un indicativo de cómo deben ir conectados los elementos entre sí, y además, brindan un aspecto visual más cómodo para la representación grafica de un circuito. En la siguiente imagen podemos apreciar un ejemplo.

Estos diagramas te serán muy útiles para hacer los montajes de las siguientes actividades. La Resistencia Es un dispositivo electrónico encargado de reducir la corriente eléctrica que pasa a través de dos puntos en un circuito, generando de esta manera una resistencia eléctrica. Puedes hacer una analogía de su funcionamiento pensando en el caudal de un rio, el cual se reduce al encontrar un conjunto de piedras en el camino. La cantidad de resistencia eléctrica la indicamos por un valor numérico precedido de la unidad “ohmios”, por ejemplo 1000 Ohmios. Esta


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unidad fue establecida en honor al físico alemán Georg Simon Ohm, el cual realizo importantes aportes a la investigación en el área de la electricidad.

Elemento electrónico

Analogía Descripción

Corriente eléctrica

Caudal de agua Un caudal de agua puede describir el comportamiento de la corriente eléctrica.

Resistencia Piedras Al igual que las piedras en el rio reducen el caudal de agua, las resistencias reducen el paso de corriente eléctrica entre dos puntos de un circuito.

Tipos de Resistencias

Fijas: Son aquellas en las cuales su valor de resistivo permanece constante, es decir que no cambia con el tiempo. Su valor se puede determinar usando el código de colores.

Variables: Este tipo de resistencias permite al usuario cambiar el valor resistivo en cualquier momento. Se usan frecuentemente para aumentar o disminuir el volumen en los equipos de sonido.


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El Código de Colores El código de colores es usado para indicar los valores de algunos componentes electrónicos, siendo frecuentemente usado para representar los valores de las resistencias. Fue inventado en la década de 1920 por la Asociación de Constructores de Radios.

Para distinguir la izquierda de la derecha es importante notar un pequeño espacio que hay entre las bandas C y D. En la mayoría de los casos la banda D es de color “dorado”. Cada uno de los colores tiene un significado numérico, en la siguiente tabla: Código de colores para resistencias Color Valor Numérico NEGRO 0 CAFÉ 1 ROJO 2 NARANJADO 3 AMARILLO 4 VERDE 5 AZUL 6 VIOLETA 7 GRIS 8 BLANCO 9

Teniendo en cuenta este código procedemos a leer las bandas de la siguiente manera:


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Banda A: Representa el primer digito del valor numérico de la resistencia. Banda B: Representa el segundo dígito del valor numérico de la resistencia. Banda C: Numero de ceros que acompaña a los dígitos representados por las bandas A y B. En caso de ser de color negro no se agrega ningún cero. Banda D: Valor de tolerancia en el error de fabricación del resistor. Para el caso de ser de color dorado, el valor real de la resistencia varia en un 5% del valor indicado por el código de colores. Ejemplo:

Actividad: Caracterización de resistencias

De tu kit básico de electrónica toma algunas resistencias y mediante el código de colores, comprueba algunos de los valores con el multímetro que tiene tu tutor.

Resistencia Valor resistivo obtenido por código de colores

Valor resistivo obtenido mediante el multímetro

1 2 3 4


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Foto resistencias La fotoresistencia o más conocida como “light dependent resistor (Resistor dependiente de la luz)” (LDR) es un tipo de resistencia que incrementa o decrementa su valor resistivo dependiendo de la intensidad luminosa que incide sobre su superficie. Este efecto se conoce como efecto Fotoconductivo. Alguna vez te has preguntado ¿Por qué las lámparas del alumbrado público se apagan automáticamente al amanecer? Estas utilizan una fotoresistencia para detectar los rayos del sol, de esta manera envían una señal de apagado a la lámpara. La fotoresistencia presenta un bajo valor de su resistencia ante la presencia de la luz, y un alto valor de resistencia ante la ausencia de luz.

El Capacitor Es un dispositivo de dos terminales que se encarga de almacenar energía en forma de campo eléctrico. Se puede construir una analogía de estos dispositivos pensando en que se comporta como un tanque de agua, en tal caso la cantidad de energía almacenada es análoga a la cantidad de agua que puede contener el tanque. La capacitancia o capacidad de estos dispositivos se mide en una unidad llamada Faradios, en honor a Michael Faraday (22 de Septiembre de 1791 – 25 de Agosto de 1867).


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Diodo Led Es un dispositivo emisor de luz que consta de dos terminales eléctricas llamadas ánodo y cátodo. Una de sus principales aplicaciones es el reemplazo de las lámparas incandescentes y lámparas halógenas. La popularidad de este dispositivo se ha incrementado debido a sus características de ahorro energético y bajos precios.

Para reconocer fácilmente cada una de sus terminales procedemos a ubicar un pequeño borde plano presente en su encapsulado. Este borde plano lo llamamos cátodo. Transistor Es un dispositivo semiconductor usado para amplificar y conmutar señales eléctricas. Este dispositivo consta de tres terminales para realizar conexiones con otros elementos llamadas: Emisor, Base y Colector. Existen dos tipos de transistores, el tipo NPN y el tipo PNP. La diferencia entre estos dos dispositivos es el tipo de portadores de carga. Por esto tiene diferentes aplicaciones y formas de conectar.


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Pulsadores Consta del botón pulsador y una lamina conductora que establece contacto con los dos terminales al oprimir el botón. Un resorte hace recobrar a la lámina su posición inicial al cesar la presión sobre el botón pulsador.

Interruptores Es un dispositivo encargado de interrumpir o restablecer la corriente en un circuito electrónico. Este dispositivo puede ser de tipo eléctrico, mecánico o electro-mecánico, y consta de dos estados de operación, que son apagado o encendido.

Circuitos Integrados

Un circuito integrado (Llamado popularmente Chip) es un conjunto de circuitos electrónicos montados sobre una superficie en común, usualmente fabricada con algún material semiconductor, como por ejemplo silicio. Estos son fabricados de un tamaño miles de veces inferior al tamaño de un circuito montado sobre una protoboard.


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La aparición de los circuitos integrados genero una gran revolución tecnológica en el siglo XX, dando la posibilidad de desarrollar computadores, celulares, equipos de comunicación, satélites, robots etc.

Circuito Integrado 555 El circuito integrado 555 es un circuito de bajo costo que posee una gran variedad de aplicaciones para manejo de tiempos programados. Dentro de la gran variedad de circuitos que podemos armar con este dispositivo encontramos:

- Alarmas - Sirenas - Circuitos temporizadores - Maquinas de sonido

La modalidad de funcionamiento de este circuito depende del tipo de conexión que realicemos entre sus terminales. Motores Es una maquina diseñada para convertir algún tipo de energía (Eléctrica, fósil, neumática etc.) en movimiento o trabajo mecánico. El motor del automóvil convierte energía, procedente de una reacción química, en energía rotacional mecánica, a su vez, los motores eléctricos realizan la conversión de energía eléctrica en trabajo mecánico. Podemos encontrar varios tipos de motores eléctricos, algunos de ellos son:

Motores paso a paso: Es un tipo de motor eléctrico que puede realizar una rotación entera en un conjunto de pasos igualmente espaciados. A través de un circuito electrónico se pueden controlar el número de pasos hacia adelante y hacia atrás.


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Motores DC (Corriente continua): Es un motor que se alimenta de una fuente de alimentación continua, como por ejemplo una batería. Podemos controlar su sentido de giro invirtiendo el sentido de polarización de la alimentación.

Servomotores: Es un motor que nos permite tener un control preciso de su posición, siendo ideal para aplicaciones que necesiten movimientos de precisión.

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Referencias http://es.wikipedia.org/wiki/Placa_de_pruebas http://openclipart.org/ http://mecanicaelectric.blogspot.com/2012/09/que-es-un-transistor.html http://www.directindustry.com/prod/yageo/metal-oxide-film-resistors-34786-570506.html http://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_component http://www.openobject.org/physicalprogramming/Potentiometer http://www.miliamperios.com/foro/aeromodelos-explosion-avanzados-f53/interruptor-analogico-con-motor-gasolina-t169981.html http://www.electan.com/pulsador-redondo-circuito-abierto-peque%C3%B1o-chasis-rojo-p-1406.html http://store.amoebarobotics.com/Servo-Motors/GWS-Pico-STD-Servo-Motor.html http://www.electronicamagnabit.com/tienda/motores/837-motor-dc-12800-rpm.html http://www.automation-drive.com/ic-circuits

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http://www.electan.com/pulsador-redondo-circuito-abierto-peque%C3%B1o-chasis-rojo-p-1406.html

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Sesión E2: Juego de Luces Las luces alternantes se utilizan como indicador visual para llamar la atención acerca de algo, por ejemplo las ambulancias y los carros de policía no solo se diferencian por su característico sonido, sino también por el tipo de luz que utilizan, por ejemplo los carros de policías alternan luz roja y azul para indicar su presencia. En este circuito, se utiliza un transistor como conmutador y la propiedad de tiempo de carga y descarga de los capacitores para lograr hacer un pequeño juego de luces intermitentes. Materiales:

- 2 Transistores 2N3904 - 2 Resistencia de 1K - 2 Resistencia de 220 - 2 LEDS - Cables - Batería 9V

Montaje de Juego de Luces con Transistor


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Esquemático de Juego de Luces con Transistor

¿Cómo funciona? Para entender este circuito imagínate que la resistencia de 220 Ω ubicada a la izquierda funciona de manera similar a un tubo de agua por el que en lugar de agua transita corriente. El transistor de la izquierda funciona en este caso como una válvula que cuando está abierta permite el paso de corriente hacia el LED y este se enciende y cuando está cerrada no permite el paso de corriente, entonces el LED no se enciende. Puedes pensar en los capacitores como baterías que están constantemente siendo cargadas y descargadas. Los tiempos que tardan en cargarse y descargarse a través de las resistencias de 10KΩ y 220Ω controlan el paso de corriente de manera sincronizada. De esta forma se logra que los LEDs enciendan intermitentemente. Cuando el transistor permite el paso de corriente entre la resistencia y el LED se dice que está en modo de Saturación, y cuando no lo hay se dice que está en modo de corte. Estos se conocen como modos de trabajo del transistor. Actividad Opcional: Juego de Luces Seguramente alguna vez te has preguntado porque los bombillitos de las instalaciones navideñas alternan para encender, algunos prenden primero, otros después, algunos forman figuras, otros con su sincronía parecen seguir círculos, en fin, hay muchas formas divertidas que exhiben estas instalaciones


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navideñas. En esta práctica vamos a encender 4 LEDS, 2 en un tiempo y otros 2 en otro tiempo, además vamos a variar la frecuencia de oscilación. Materiales:

- 1 Potenciómetro 50K - 1 Temporizador 555 - 1 Capacitor 103 - 1 Capacitor 47uF - 2 Resistencia de 1K - 1 Resistencia 10K - 4 LEDS

Montaje de Juego de Luces con 555


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Circuito Esquemático de Juego de Luces con 555

¿Cómo funciona? Para entender tu circuito puedes imaginarte que el pin 3 del integrado 555 funciona como una señal de pare y siga que en ciertos momentos hace que pase corriente por el par de LEDs superiores (del circuito esquemático) y en los otros momentos la corriente pase por los LEDs inferiores de forma complementaria . El circuito integrado NE555 es ampliamente conocido por tener un gran número de aplicaciones. En el circuito de hoy funciona como un oscilador electrónico que genera una señal repetitiva que se encarga de encender y apagar cada par de LEDs periódicamente. ¿Quieres saber más? http://www.electronica-basica.com/transistores.html http://www.electronica-basica.com/led.html http://www.electronica-basica.com/luz-diodo.html

http://www.electronica-basica.com/transistores.html

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http://www.electronica-basica.com/luz-diodo.html


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Sesión E3: Detector de Oscuridad La domótica es la automatización del hogar, en esta línea se utilizan diferentes sensores para detectar por ejemplo cambios en la luz, en la temperatura, o la humedad, estas variables son reguladas para mantener unas buenas condiciones en el hogar y así proporcionar confort y tranquilidad; por ejemplo se hace uso de sensores de luz para detectar cuando se hace de noche y así encender la luz del hogar o los espacios exteriores de manera automática. En esta práctica se utiliza el transistor como un conmutador para encender un LED que se activa cuando la luz incidente en un LDR baja de un determinado umbral de luminosidad. Materiales:

- 3 Resistencias de 10K - 1 Resistencia de 1K - 1 Transistor 2N3904 - 1 LED - 1 LDR - Cables

Montaje de Detector de Oscuridad


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Esquemático de Detector de Oscuridad

¿Cómo funciona? ¿Recuerdas cuáles son los modos de trabajo de un transistor?.. En la sesión del juego de Luces aprendiste dos de ellos: Corte y Saturación. En este circuito el transistor conmutará entre estos dos modos, de acuerdo a la cantidad de luz en la foto-resistencia, pero… ¿Por qué lo hace?

El transistor funciona como un interruptor en el que su estado (abierto o cerrado) es controlado por la corriente en la base. Cuando esta supera cierto valor es como si el interruptor estuviera presionado y se permitiera el paso de corriente. Cuando esta corriente es muy pequeña o nula es como si el interruptor no estuviera presionado y no se permitiera el paso de corriente. En tu circuito esta corriente es controlada por la cantidad de Luz que incide sobre la foto-resistencia.


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¿Qué más puedes hacer? Puedes cambiar las resistencias de 10K por resistencias de otro valor para que obtengas un mejor funcionamiento de tu circuito de acuerdo a la condición de la luz. ¿Qué tal si empiezas por cambiar una de las de 10K por una de 1K? ¿Qué cambios obtuviste? ¡Sigue haciendo cambios para que aprendas más de tu circuito! ¿Quieres saber más? http://www.ea1uro.com/eb3emd/Controles_automaticos_de_luces.htm http://www.electronica-basica.com/transistores.html http://es.wikipedia.org/wiki/Fotorresistencia

http://www.ea1uro.com/eb3emd/Controles_automaticos_de_luces.htm

http://www.electronica-basica.com/transistores.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Fotorresistencia


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Sesión E4: Alarma de Oscuridad Como se ha mencionado anteriormente, cuando se diseñan dispositivos electrónicos de señalización o advertencia, estos deben contar con luces o sonidos que informen de la situación, es por esto, que retomando un poco el concepto de la práctica anterior, el detector de oscuridad, ahora lo haremos con un sonido de salida para informar de la ausencia de luz. Materiales:

- 1 Potenciómetro 50K - 1 Temporizador 555 - 1 Capacitor 104 - 1 Transistor 2N3904 - 1 Resistencia 220 - 1 Resistencia de 1K - 4 Resistencias de 10k - 1 LDR - 1 Parlante

Montaje de Alarma de Oscuridad

¿Cómo funciona?


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En este circuito, el parlante cumple la función de traducir la señal eléctrica que se genera desde el integrado 555, en una señal sonora. Este fenómeno es similar a lo que ocurre con nuestros audífonos, ya que al conectarlos al celular o computador estos últimos entregan una señal eléctrica a través de cables que instantáneamente los ariculares convierten en música tus oídos. En tu circuito debido a las limitaciones del 555 solo se pueden generar tonos monofónicos (un solo tono o nota) a través del parlante. Ahora que sabes cómo se genera el sonido para la alarma, te preguntarás como hace el circuito para detectar la oscuridad, y te sorprenderás con lo sencillo que es este truco. Si miras a tu circuito notarás que el pin número 4 del 555 ha sido conectado en un terminal de la foto-resistencia, la razón para hacer esto es que el pin 4 sirve para “resetear” el 555 el cual deja de sonar mientras esté siendo “reseteado”, puedes probar esto conectando con un cable el pin 4 con un voltaje alto (el lado positivo de tu proto-board), notarás como el parlante suena y luego desconectando el pin 4 del voltaje alto (lado positivo) y conectándolo a un voltaje bajo (lado negativo) notarás como el sonido se detiene. Cuando esta conexión no se hace de forma manual, es el LDR quien controla si hay un voltaje alto o bajo (asociado al pin 4) conectado el reset del 555.

Montaje de Alarma de Oscuridad Amplificada


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¿Qué más puedes hacer? Al mover la perilla del potenciómetro puedes variar el umbral lumínico para establecer en qué punto se dispara la alarma. También puedes generar variaciones en el umbral si conectas diferentes resistencias en paralelo al LDR. Además, es posible amplificar el sonido agregando el transistor que se muestra en la versión amplificada del montaje de Alarma de oscuridad. ¿Quieres saber más? http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado_555 http://es.wikipedia.org/wiki/Fotorresistencia https://www.youtube.com/watch?v=N0Atf9TkITQ https://www.youtube.com/watch?v=4jUeKtnwzrs

http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado_555

http://es.wikipedia.org/wiki/Fotorresistencia

https://www.youtube.com/watch?v=N0Atf9TkITQ

https://www.youtube.com/watch?v=4jUeKtnwzrs


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Sesión E5: Generador de Tonos La música electrónica, tiene su origen en la invención del theremin y la posterior aparición de los sintetizadores, los cuales tienen diferentes propiedades que los hacen funcionales, entre ellas, la modulación de frecuencia. En este circuito, se utiliza la variación del ancho de pulso en la señal producida por el 555 para producir diferentes tonos con la ayuda de un speaker. Materiales: 1 Potenciómetro 50K 1 Temporizador 555 1 Capacitor 104 1 Resistencia de 1K 1 Resistencia de 330 1 2n3904 1 Parlante En la práctica de hoy tendrás hacer tu montaje a partir del circuito esquemático, recuerda que las líneas son equivalentes a cables o trozos de conductor en tu protoboard. ¡Tomate tu tiempo para armar tu circuito!

Esquemático Generador de Tonos


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¿Cómo funciona? En la sesión de la alarma de oscuridad aprendiste que el 555 puede generar señales monofónicas de sonido y de este circuito puede surgir la pregunta: ¿Cómo hacer para que el sonido sea distinto?, la cual es resuelta en este circuito. Para lograr esto se usa un potenciómetro de 50K el cual al cambiar su resistencia modifica las frecuencias generadas por el integrado 555, cambiando de esta forma el sonido emitido por el parlante.

Montaje Generador de Tonos

¿Qué más puedes hacer? Intenta quitar el potenciómetro y en su lugar usar un LDR, ¿Qué te imaginas que pasará? ¡No dejes de intentarlo! En tu circuito la frecuencia del sonido también depende del valor del capacitor cerámico conectado al pin 2 del 555, intenta cambiarlo por uno de otro valor y verás nuevas variaciones en el sonido. ¿Quieres saber más? https://www.youtube.com/watch?v=bVPRuRcy3SY http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/14077405/Tutorial-de-Electronica-Basica-19-20-Timer-555.html

https://www.youtube.com/watch?v=bVPRuRcy3SY

http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/14077405/Tutorial-de-Electronica-Basica-19-20-Timer-555.html

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Sesión E6: Control Intensidad LED Algunas veces queremos encender de manera gradual una lámpara, es decir, queremos controlar cuanta intensidad de luz puede producir, esto es espacialmente útil en el diseño de interiores en casas, e incluso se puede llevar a otros escenarios como la robótica, donde el mismo principio se utiliza en motores. Materiales:

- 2 Resistencia de 1K - LM555 - Capacitor cerámico 104 - 2 diodos 1n4148(Diodos pequeños transparentes) - Potenciómetro de 50k - Cables

Esquemático Control de Intensidad de luz de un LED ¿Cómo funciona? Para controlar la intensidad de la luz se utiliza una técnica muy ingeniosa que consiste en controlar los tiempos de encendido y apagado de esta. Estos tiempos de encendido y apagado son controlados por el potenciómetro de 50K y el capacitor C104 y el temporizador 555 y deben ocurrir a una velocidad tan


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alta que nuestros ojos no alcancen a notar las transiciones entre el apagado y encendido. El efecto visual de hacer esto es que a medida que los tiempos de encendido se hacen más largos comparado con el tiempo de apagado, vemos una mayor intensidad de luz, y si ocurre lo contrario vemos una menor intensidad de luz. Esta técnica de control de tiempos se conoce como modulación de ancho de pulso o PWM (Pulse Width Modulation) por sus siglas en inglés.

Montaje Control de Intensidad de luz de un LED

¿Qué mas puedes hacer? Reemplaza el capacitor Cerámico de 1Uf (C104) por uno electrolítico de 47uF, luego puedes hacer variaciones en el potenciómetro. De esta forma podrás observar de una forma más clara los tiempos de encendido y apagado del LED. ¡Inténtalo porque de seguro te ayudará entender cómo funciona tu circuito! ¿Quieres saber más? http://blog.bricogeek.com/noticias/electronica/como-variar-la-intensidad-de-un-led-con-un-timer-555/

http://blog.bricogeek.com/noticias/electronica/como-variar-la-intensidad-de-un-led-con-un-timer-555/

http://blog.bricogeek.com/noticias/electronica/como-variar-la-intensidad-de-un-led-con-un-timer-555/


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Sesión E7: Motores y Micro-Switches En la actividad de hoy conocerás dos elementos muy importantes en la robótica que son los motores y los microswitches, los cuales usados para diversos fines en la robótica, la automatización y la domó tica. Es por esto que en esta práctica vas a realizar un montaje sencillo en donde el motor se polariza a través de un Transistor TIP120 que le brinda al motor la corriente necesaria para que funcione. Además podrás controlar el encendido y apagado del motor presionando un Microswitch. Materiales:

- 1 Resistencia de 1K - TIP 120 - Diodo 1n4007 - Microswitch - Motor DC - Cables

Esquemático Encendido Motor DC

Advertencia: no deje el motor encendido durante mucho tiempo, enciéndalo por intervalos de 3-4 segundos, los motores consumen mucha corriente y pueden descargar la batería con facilidad.


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¿Qué es un Microswitch? Los Microswitchs o sensores de Fin de Carrera, son usados para reaccionar al movimiento, por ejemplo, puede ser usado en un ascensor para que cuando la cabina llegue al sitio de destino se presione el swicth (interruptor en Español) y así se logra saber que se ha llegado al piso correcto.

En su estado normal (cuando no está presionado), conecta los terminales COM y NC. Luego cuando se presiona conecta los terminales COM y NO. ¿Cómo funciona tu Circuito? En este sencillo circuito el transistor TIP120 se encarga permitir o bloquear la corriente que va al motor de acuerdo al valor de voltaje en el terminal COM del Microswitch. Cuando este tiene un voltaje alto, el transistor se activa y permite el paso de corriente al motor y este empieza a girar. Cuando por el contrario el voltaje es bajo el transistor se desactiva y el motor se detiene. Este sencillo e interesante circuito te puede servir para hacer un sistema en el que un motor se debe detener automáticamente cuando el microswitch sea presionado por alguna pieza mecánica o por tus dedos. ¿Dónde crees que podría ser útil un sistema así?, las repuestas a esta pregunta pueden ser muy variadas ya que este sistema es usado en ascensores, grúas, brazos robóticos, y muchos otros dispositivos que deban funcionar de manera automática. ¿Cómo crees que puedes cambiar el sentido de Giro? Una de las formas de cambiar el sentido de giro de un motor es intercambiar las conexiones del motor con la batería. Sin embargo esta no siempre es la mejor opción ya que a veces es difícil estar conectando y desconectando cables. Una de las formas recomendadas para hacer esto es usar tipo de circuitos llamado Puente H. Estos son ampliamente usados en dispositivos electrónicos para controlar el sentido de giro de los motores. En la práctica de hoy construiremos un Puente H a partir Micro-switches para que podamos controlar el sentido de giro con solo presionarlos.


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Ahora que sabes que es un Puente H, trata de armar el tuyo basándote en los circuitos esquemáticos que aparecen a continuación.

Esquemático Puente H con Micro-Switches ¿Qué más puedes hacer? Ahora que has hecho tu circuito de Puente H, puedes empezar a jugar con los Micro-switches para que observes como avanza y reversa motor. También puedes pegarle cartón para crear tus pedales y que luzcan como el acelerador y la reversa de un automóvil. Montajes Proto-board:


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Es muy importante que trates de hacer tu práctica a partir de los circuitos esquemáticos y que uses estos montajes solo para verificación y comparación.

Montaje de Apagado Automático del Motor

Montaje de Puente H

¿Quieres saber más? http://es.wikipedia.org/wiki/Puente_H_(electr%C3%B3nica) https://www.youtube.com/watch?v=JVsjonJVAy8 https://www.youtube.com/watch?v=10eG3dlzonk

http://es.wikipedia.org/wiki/Puente_H_(electr%C3%B3nica)

https://www.youtube.com/watch?v=JVsjonJVAy8

https://www.youtube.com/watch?v=10eG3dlzonk


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Sesión E8: Control Velocidad Motor DC Seguramente ya sabes que los motores se encargan de controlar todo el movimiento de los Robots y las maquinas, pero lo que tal vez aun no sabes es que la precisión y agilidad que tienen los Robots para realizar diferentes tareas se da gracias a los sistemas electrónicos que permiten controlar la velocidad y dirección los motores. Estos sistemas de control son cada vez más inteligentes y precisos. Gracias a ellos se ha dado el gran avance en las industrias automatizadas, los automóviles e incluso en la exploración espacial. Ahora que has leído un poco sobre la utilidad de estos sistemas de control de motores, ¿Qué te imaginas que harás en tu práctica de hoy?... Seguramente ya asumiste que haremos un sistema que nos permita controlar motores pero lo más interesante es que para esto es usarás los mismos circuitos que has usado en prácticas anteriores. ¿Qué es un circuito PWM? En la práctica de Control de Intensidad del LED, usaste PWM (Modulación de Ancho de Pulso) para controlar la iluminación en el LED y hoy usarás el mismo circuito para controlar un motor. Empieza a armar el circuito de PWM tratando de usar el menor espacio posible en tu proto-board.

Esquemático Circuito PWM


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Luego de tener tu circuito puedes probar que el PWM está funcionando si al mover el potenciómetro. Se enciende y se apaga el LED. Es muy importante que verifiques tu circuito ya que de este depende el funcionamiento final de tu sistema. Ahora que tienes tu circuito te preguntarás que hace falta para conectar un motor pero antes de de hacerlo debes recordar que la señal de PWM de tu circuito esta en el pin 3, esto quiere decir que este el pin encargado de controlar los tiempos de encendido (Voltaje Alto) y apagado (Voltaje Bajo). ¡Con esta señal vamos a controlar el motor más adelante! ¿Cómo encenderías el Motor? En la práctica anterior, aprendiste a encender y apagar un motor usando un transistor TIP120 que le brindará al motor la suficiente corriente para funcionar. En la práctica de hoy usaremos el mismo circuito de la práctica anterior pero no usaremos el Microswitch, ya que en la función que cumplía el Microswitch la hará el integrado 555 con el pin 3. En otro lugar de tu proto-board agrega el circuito esquemático que se muestra

Esquemático y Montaje de Control de Encendido. Ahora que tienes tu circuito: ¿Donde crees que debe ir conectado el pin de control para que poder variar la velocidad de tu motor?... Tomate tu tiempo para responderte esta pregunta…


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¿Quieres saber la respuesta? El pin de control del circuito de encendido debe ir conectado al pin 3 ya que este es el encargado de controlar los tiempos de encendido y apagado del motor. Haz la conexión y empieza a jugar con la velocidad de tu motor.

Montaje y Esquemático de Control de Velocidad


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¿Cómo funciona tu circuito? El pin 3 del integrado 555 se encarga de controlar la relación entre los tiempos de encendido y apagado del motor. A medida que el tiempo de encendido se hace más grande comparado con el tiempo de apagado el motor se mueve más rápido y si por el contrario el tiempo de apagado se hace más pequeño que el de encendido el motor se mueve más lentamente. ¿Y cómo controlarías la dirección del Motor? De nuevo la respuesta a esta pregunta se encuentra en las prácticas anteriores. Anteriormente aprendiste que con un puente H podías controlar la dirección de un motor, y además construiste uno para este fin. Este circuito puede trabajar en conjunto con los otros para que obtengas un sistema de control de velocidad y dirección. ¿Cómo conectamos el Puente H? Lo primero que debes hacer es desconectar el motor y el diodo, en vez de estos conectas tu circuito de puente H como lo muestra el siguiente diagrama.

Esquemática Control de Velocidad y Direccción de Motor


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Montaje Control de Velocidad y Dirección Motor ¡Ahora puedes decir que has construido un sistema de control de velocidad y dirección de un motor a partir de lo que aprendiste en prácticas anteriores!


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Sesión E(9-10): Circuitos Comparadores ¿Cuántas veces haces alguna comparación en el día?.. Tal vez cuatro, cinco, o hasta cien veces, puede sonar un poco extraño que hagas esto tantas veces pero en realidad casi siempre lo estás haciendo. Por ejemplo para saber si dices buenos días o buenas tardes miras el reloj y sin la hora es antes de las 12m dices buenos días, y si son más de las 12 dices buenas tardes así que básicamente comparaste la hora de tu reloj con la hora del medio día, y luego tomaste una decisión… ¿En qué otras ocasiones estás haciendo comparaciones? .. Existen muchas respuestas a esta pregunta, por ejemplo, para llenar un vaso de agua, ¿Cómo tomas la decisión de abrir o cerrar la llave?... pues ¡simplemente comparas!… y para alcanzar a un compañero cuando estas caminando en la calle, ¿Cómo sabes cuándo correr o cuando ir a la velocidad de tu compañero?... pues…!simplemente comparas!. Seguro se te ocurrirán más ocasiones en las necesites hacer comparaciones porque con estas es que tomas la mayoría de tus decisiones. Ahora que te has dado cuenta como las comparaciones te ayudan en la toma de decisiones debes saber que los Robots también las hacen para cumplir con sus tareas y así seguir ordenes o ser autónomos. En la práctica de hoy conocerás, y jugarás con el circuito básico para hacer comparaciones. ¿Cómo funciona un comparador?

Este simple circuito lo único que hace es comparar los voltajes en los pines V+ y V- . Si el voltaje de V+ es mayor que el voltaje en V-, se obtiene un voltaje alto en la salida con el que puedes encender un led o un motor, y en caso contrario obtienes un voltaje bajo. Continúa leyendo y aprenderás a usarlo y aplicarlo en la robótica.


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¿Cómo es un circuito Comparador? Para entender cómo funciona un comparador vamos a armar el siguiente circuito.


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¿Qué ocurre cuando mueves el potenciómetro? Al jugar con tu circuito puedes notar que al girar tu potenciómetro el estado del LED cambia entre encendido y apagado, pero.. ¿Por qué ocurre esto?.. Para entender este ejemplo puedes pensar de nuevo en el ejemplo del saludo… el voltaje V+ será equivalente a la hora que miras en el reloj, y el V- será equivalente a la hora del medio día que utilizas como referencia para tomar la decisión. Y el estado del LED va será equivalente al saludo es decir que si está apagado serán buenos días y si está encendido serán buenas tardes… y entonces… ¿que simula el giro del potenciómetro?... la respuesta es simple: lo hora del reloj… ¿Qué más puedes hacer? Las aplicaciones a este circuito son muy variadas, por ejemplo puedes reemplazar el circuito del potenciómetro (circuito(-)) por uno que tenga una fotorresistencia para que el estado del LED ahora dependa de la cantidad de luz, o puedes hacer que en vez encender un LED enciendas un motor. Todo es cuestión de creatividad y de armar. El resto de esta práctica lo dedicarás a experimentar con diferentes circuitos. ¿Cómo harías un detector de Luz?

Otra de las funciones de los comparadores es hacer detectores de luz, o de oscuridad basándote en el circuito anterior. El truco consiste en cambiar el circuito (+) por un circuito detecte la luz. Existen de dos tipos, proporcional a la luz y proporcional a la oscuridad, si al usas el primero el comparador

ejecutara la acción en presencia de luz, y si usas el segundo, el comparador ejecutará la acción en ausencia de luz.


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Comparador de Oscuridad

¿Cómo crees que funciona este circuito? Esta vez, tú mismo podrás deducir la respuesta, la única pista que tendrás es que el circuito(+) entregará una señal de voltaje que proporcional a la oscuridad.


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Comparador de Luz

¿Cómo crees que funciona este circuito? La única diferencia de este circuito al anterior es que esta vez usaste un circuito (+) que era proporcional a la luz, así que este circuito funciona en modo inverso al anterior. ¿Cómo encenderías un motor usando un comparador?


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Hay quienes dicen en electrónica, que si sabes encender un LED; fácilmente podrás encender otros elementos, como alarmas y motores. En la práctica de hoy lo comprobarás, ya que una vez has jugado con los LEDs, cambiaras el circuito de acción por un circuito que use un motor. Este circuito lo aprendiste a usar en tu práctica pasada, y seguirá sirviendo cada vez que quieras encender un motor. En el siguiente diagrama podrás observar cómo hacer esta conexión.

¿Cómo podrías configurar el umbral de luz con el que funciona tu circuito? Es probable que hayas tenido problemas con los circuitos anteriores, ya que veces los sistemas que dependen de la luz necesitan ser calibrados de acuerdo al ambiente. La mejor forma de hacer esto es cambiar el circuito(-) por otro al que le puedas variar el voltaje de forma manual,… ¿Con que crees que puedes


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hacer esto?... al iniciar está practica usamos un elemento que nos permitía hacer esto: ¡el Potenciómetro! A continuación verás como conectar en potenciómetro y con este variar la sensibilidad del circuito.

¿Qué mas puedes hacer? A la hora de usar comparadores puedes hacer muchísimas cosas mas por hacer, por ejemplo podrías cambiar tu circuito de acción del Generador de Tonos que hiciste en las primeras sesión, lo único que tendrías que hacer es conectar el pin 4 del 555 a la salida del comparador. O podrías hacer circuitos


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que comparen la señal de dos varias fotorresistencias. ¡Todo es cuestión que te atrevas a armar mas circuitos usando lo que has aprendido! Otra aplicación de los comparadores es la que vez en el siguiente circuito, tal vez en esta práctica no alcances a terminarlo pero puedes empezar a imaginarte que hace porque en la próxima sesión aprenderás que hace y como funciona. Obsérvalo bien e imagínate que hará. Tu primera pista es que es muy probable ya lo hayas visto en otro lugar.

¿Quieres saber más? http://es.wikipedia.org/wiki/Comparador

http://es.wikipedia.org/wiki/Comparador


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Sesión E11: Los Secuenciadores En los procesos de automatización todas las maquinas deben estar sincronizadas y seguir complejas secuencias. Imagínate una fábrica de bebidas hidratantes. En esta las botellas deben moverse a través de bandas mecánica siguiendo cierta secuencia. Imagínate la siguiente secuencia en la que una maquina toma una botella para llenarla:

1. Un brazo Robótico toma la botella y la conecta con una manguera 2. Se acciona la manguera y se llena la botella 3. Un brazo Robótico mueve la botella a otra maquina 4. Esta ultima maquina tapa la botella 5. Un brazo Robótica ubica la botella en una caja.

¿Cómo crees que hacen en las industrias para lograr estas secuencias de operaciones?... La respuesta está en el titulo de esta práctica: Los Secuenciadores. Estos elementos electrónicos te permiten realizar operaciones de una forma secuencias. En la primera parte de la práctica de hoy harás que una hilera de LED’s encienda secuencialmente cada vez que presionas un botón. Secuenciador con Pulsador


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¿Cómo funciona? Puedes pensar en este circuito como una carrera de relevos por bases. En cada base se ejecuta una acción dada en este caso en cada base se podría encender un LED, pero esté podría ser un motor, o una alarma o muchas cosas más. El circuito de cambio funciona como un árbitro que cada vez que pita hace se cambie de base. Y por último el circuito secuenciador sería el encargado de definir hacer que las bases se recorran de forma ordenada, primera la base 1 (LED 1), después la base 2 (LED 2) y así sucesivamente. ¿Qué más puedes hacer? Uno de las cosas más interesantes de la electrónica es que a medida que aprendes puedes hacer cambios en tus circuitos para obtener diferentes funciones. En prácticas pasadas aprendiste a cambiar partes de los circuitos para obtener diferentes resultados. En esta también lo harás. La primera modificación la haremos en el circuito de cambio para que ya no tengas que presionar el pulsador, y los cambios en los LEDs se haga de una forma temporizada.


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Secuenciador Temporizado


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¿Qué más puedes hacer? Puedes empezar por jugar con la el potenciómetro para que tengas diferentes velocidades en la secuencias de la luces, también puedes cambiar los LEDs de otros colores que hagas secuencias mas entretenidas. Luego de esto puedes seguir modificando tu circuito y como circuito de cambio uno con una foto celda que se compone de un LED y una fotorresistencia. Cuando se pasa el dedo o cualquier otro objeto oscuro entre estas dos se cambia el LED encendido. Secuenciador con Foto-Celda


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Para que la fotocelda te funcione correctamente debes hacer que la cabeza del LED y la de la fotorresistencia estén totalmente de frente. Además de esto debes recubrir la foto-Resistencia con cinta Negra para que así solo reciba la luz que viene del LED.


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Sesión E12: Secuencias de Motores

En esta sesión usarás los secuenciadores para accionar los motores. Para esto debes unirte con otro equipo de trabajo para que tengas 4 motores, 4 transistores de potencia y dos proto-boards. (Nota: para que este montaje funcione los motores deben tener una batería propia como se puede ver en el montaje)


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¿Cómo funciona? En la práctica anterior aprendiste cómo funciona este circuito… ¿Pero cómo lo hiciste si es la primera vez lo usas?... Lo que ocurre es que el circuito secuenciador temporizado de LED’s de la practica anterior funciona igual a este, solo que este caso se han cambiando los LEDs por motores. Así la que la respuesta a cómo funciona este circuito la encuentras en la sesión anterior. ¿Qué mas puedes hacer? Seguramente recuerdas el secuenciador con la foto-celda y el secuenciador con el pulsador que usaste en la sesión pasada. Trata de adaptar estos circuitos para que en vez de usar LEDs usen motores. De esta forma aprenderás los principios básicos de toda industria automatizada. Finalmente para dar por terminada la componente de electrónica vas a aprender a usar un sencillo circuito que activa un motor dependiendo de la cantidad de luz Finalmente… Implementa el siguiente y circuito y descubre tú mismo que función tiene:


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Reto Electrónica: Ha llegado la hora de retar tus conocimientos, lucirte con tus profesores y compañeros, demostrar todo lo que sabes y hacer que tu imaginación y tu creatividad vuelen sin parar. Lo más interesante del reto es que utilizarás los conceptos aprendidos para construir tu propio Robot: ¡Así es!... ¡Y será un Robot seguidor de Luz! ¿Cómo así que seguidor de Luz? Cuando decimos que tu Robot será un seguidor de luz es porque esté tendrá la capacidad de seguir un camino que le indiques utilizando una fuente de luz como una linterna. Además podrás competir con tus otros compañeros y mostrar a todos tus amigos cual es el más rápido, más bonito y más innovador. El Robot deberá ser personalizado por el equipo para que además de cumplir su función primaria, también sea un Robot Único que se diferencie de todos los demás. ¿Qué necesitas? En tu kit ya tienes los elementos mínimos para construirlo.

2 Motores con 2 Llantas 2 Sensores de Luz (Fotorresistencias) 1 Protoboard para armar tus montajes 2 Transistores para darle energía a los motores 2 Diodos de Protección LEDs Resistencias que puedas necesitar en tu circuito.

¿Cómo empezar? Para empezar a hacer tu Robot puedes basarte en el siguiente circuito, este circuito hace que el motor se encienda dependiendo de la cantidad de luz que hay en la fotorresistencia. Parte de reto será duplicar el circuito para que así puedas controlar los dos motores que necesita el Robot.


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Ahora que tienes tu circuito, tu reto consiste en buscar la forma de construir y un chasis con elementos reciclables, puedes usar cajas de cartón, cartón paja, icopor, cinta, pegamento y cualquier material que te parezca conveniente para usar en el Robot. ¿Cómo debe funcionar el Robot?

El Robot debe funcionar como se muestra en la figura:


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Cuando la linterna ilumine la fotorresistencia izquierda el Robot deberá

moverse hacia la izquierda Cuando la linterna ilumine la fotorresistencia derecha el Robot deberá

moverse a la derecha. Cuando las dos fotorresistencias sean iluminadas el Robot deberá

moverse hacia adelante. ¿Qué más debe tener el Robot? El Robot debe estar personalizado y debes buscar la forma en que tu decoración no tape las fotorresistencias ni afecte el movimiento de los motores. Además si a tu carcas agregas LED’s tendrás puntos adicionales. ¿Qué debo hacer cuando tenga mi Robot? La segunda semana de Retos se iniciarán competencias internas en los grupos. Para se construiría una pista en la que cada Robot competirá. El Robot que tarde menos tiempo tendrá 30 puntos, el segundo tendrá 20 puntos y el tercero 10 puntos. La pista estará hecha con una con una cartulina, sobre la que se definirá una ruta con cinta negra. La competencia será así: Un representante del equipo de trabajo podrá el Robot en la posición inicial. El tutor hará una señal y empezara a cronometrar, una vez el tutor haga esta señal otro representante del equipo deberá guiar el Robot con una Linterna desde inicio hasta el final.

Las condiciones para esta competencia serán las siguientes:


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Tendrás 2 oportunidades Si el Robot se sale de la pista pierdes una oportunidad El Robot que menor tiempo dure en este recorrido tendrá 30 puntos, el

siguiente tendrá 20 puntos y el tercero 10 puntos. ¿Cómo se seleccionarán los Ganadores? De cada grupo ganará el equipo que tenga más puntos. Los puntos se sumarán de la siguiente manera:

Funcionamiento del Robot (50 ptos) El Robot es decorado (10 ptos) Cada LED que tenga el Robot (3 puntos) Explicación correcta del Funcionamiento (10 ptos) Primer puesto competencia interna (30 puntos), Segundo puesto

competencia interna (20 puntos), Tercer puesto competencia interna (10 puntos).

El número de asistencias promedio de los participantes del equipo (1 punto)

En caso de un empate, serán los asistentes quienes definan el ganador, se hará una votación entre los equipos empatados. ¿Qué recibirá el Ganador? El equipo ganador recibirá un premio sorpresa, y además en caso de que haya eventos como competencias de Robótica, los ganadores de los retos serán seleccionados a participar en estos eventos.


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Referencias http://www.paraelectronicos.com.ar/p/funciones/GetImagen.php?infoid=elec_sec10&id=1

ANEXOS

http://www.paraelectronicos.com.ar/p/funciones/GetImagen.php?infoid=elec_sec10&id=1

http://www.paraelectronicos.com.ar/p/funciones/GetImagen.php?infoid=elec_sec10&id=1


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Recorta las diferentes piezas, dóblalas como indica la figura y sigue las instrucciones de la siguiente

página INSTRUCCIONES


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Una vez tengas cada una de las piezas dobladas y pegadas con colbón, debes perforarlas por los círculos marcados, luego debes ubicarlas como se muestra en el siguiente gráfico, y con ayuda de hilos, debes unir las piezas, de esta manera obtendrás un ¡robot móvil de papel!


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M01: Conociendo el Kit de Mecanismos.

Luego de pasar todo este tiempo usando los circuitos electrónicos conocerás la mecánica que es otra rama importante de la Robótica.

Ruedas y Arandelas

Engranes


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1

Porta-Planetas


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2

Componentes de Mesa


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3

Bielas

Base Motor

x1

x6 x3 x30

x1 x4

Chasis y Soportes

Ruedas y Arandelas

x2 x4 x4

Regletas

x6 x6

x8

x2

Engranajes

x2 x2 x2

x8

x4

x1

x1

x10 x10 x10 x10x30

Tornillos

Kit de Mecanismos - Listado


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9

Luego empieza a utilizar los engranes grandes


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10

Agrega otro engrane.

Y otro más...


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11

Finalmente tu Engranaje (Sistema de Engranes) debe lucir así

¿Recuerdas que es un Circuito de Puente H? En las actividades de electrónica alguna vez montaste un circuito que se encarga de cambiar el sentido de Giro de un Motor. Este era un circuito de Puente H. Para que recuerdes lo que aprendiste de electrónica intenta armar tu circuito de Puente H y conectarlo al motor. Así podrás el controlar el sentido de giro de tus engranes (algunos con las manecillas del reloj, y otros en contra de las manecillas del reloj.

¿En qué dirección giran los Engranes? Enciende tu motor por 30 segundos y observa el sentido de giro que estos. ¿Qué ocurre entre dos engranes que estén unidos?. Observa muy bien y lo descubrirás.

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7A8

A9

A10

A11

Montaje Final

Ensamble: Motor

Ensamble Piñón

GUÍA DE MONTAJE - SISTEMA REDUCTOR DOBLE

A12

:

Ensamble: MotorGUÍA DE MONTAJE - SISTEMA PLANETARIO - 1

Ensamble: Corona

A 1 A2

A3

A4

A5

Ensamble: Planetas

A6

Ensamble: Soporte Motor

B1B2 B3

B4

B5

GUÍA DE MONTAJE - SISTEMA PLANETARIO - 2

C1

C2

C3

C4

D1

D2

D3D4

D5

D6

D7

D8

D9D10 D11

Ensamble: Sol

Montaje Final

Ensamble: Polea Doble

GUÍA DE MONTAJE - POLEAS - 1

A2

B1 B2

B3A1

B6

Ensamble: Motor

B4

B5

B7

C1

C2

C3C4C5

Ensamble: Polea Sencilla

Ensamble: Polea Acoplada

Montaje Final

GUÍA DE MONTAJE - POLEAS - 2

Ensamble: Sistema de Poleas

D1

D2

E1

E2

E3

E4

E5

E6

E7

E8

E9

Ensamble Polea Grande

GUÍA DE MONTAJE - ROBOT MÓVIL

Ensamble Llanta Delantera Ensamble Polea Pequeña

Ensamble Final

Ensamble Motor

Ensamble Motor-Tractor

Se repite el ensamble

Montaje Final

GUÍA DE MONTAJE - CUADRÚPEDO

Ensamble: Pata

C1C3

C4

C7

C8

C9

Ensamble: Motor

A1

A2

B1

B2C2

C5

C6

GUÍA DE MONTAJE - ROBOT COMBATE

A1 A2

A4

A3

B1 B2

C1C2

Se hacen dos veces

!Listo parael Combate!

EnsambleMotor

Mecanismo Tijera 1/2

EnsambleMesa yTornillos

B1

Engrane DobleA1

Ensamble Motorreducción

C1

C2

C3

C4

Mecanismo Tijera 2/2

Ensamble Tijera

D1

E1

E2 E3

E4Montaje Final

Robot Móvil 1

1 5 10 15 20

1 5 10 15 20

X

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

Y

X

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

Y

TIP120TIP120

1KΩ

Vin

1KΩ

1KΩ

1KΩ

GND

MOTOR2 -

MOTOR2 +MOTOR1 -

MOTOR1 +

EnsambleMotor

x2

x2

Soportes para Proto-board

Ensamble M

otores y Chasis

A1

B1 EnsambleLlantas

Montaje Electrónico

C1

C2

D1 D2E1

E2 E3

MontajeFinal


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Reto Meca-trónica: ¿Qué puedes mover?

En las últimas sesiones has estado aprendiendo sobre el Mecánica y con tu kit de mecanismos has construido impresionantes maquinas con funciones muy variadas, en este proceso tu tutor ha estado guiándote en la construcción de tus maquinas… pero… ¿Qué tal si ahora tú y tus compañeros se convierten en los diseñadores de maquinas?...... Este reto será de nuevo la oportunidad de dejarte guiar por tu imaginación y tu conocimiento así que: ¡A concursar!

¿En qué consiste el reto? El reto se compone de una primera parte de Pruebas o Desafíos y una segunda componente de Torneo.

A. Pruebas

Para resolver la parte de pruebes debes superar solo 2 de las siguientes pruebas:

1. Pinza Móvil:

Para le evaluación de esta prueba se ubicará un objeto al frente de la maquina diseñada. El objeto debe ser desplazado una distancia de mínimo 10 cm. Una vez el objeto ha sido desplazado los mismos integrantes del equipo deben ubicarlo en la posición inicial y repetir el proceso durante 3 minutos. A mayor número de veces que se repita, mayor será el puntaje obtenido. El puntaje se calculará así: Puntaje: (Número de desplazamientos)x(Distancia Mínima en centímetros) Nota: El equipo puede decidir que su distancia mínima sea mayor de 10 cm, y de esta forma obtendrá un mayor puntaje, pero todos los desplazamientos deberán superar dicha distancia.

2. Monta Carga:

Para esta prueba se debe diseñar una maquina que desplace verticalmente un objeto una distancia mayor a 10 cm. La calificación de esta prueba consistirá el multiplicar la distancia de desplazada en centímetros por el peso del objeto en gramos.


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1

3. Bípedo de Carrera:

Para esta prueba se debe construir un bípedo, el cual debe partir desde un punto inicial hasta un punto final separado 2 dos metros. Para este recorrido tendrán 5 minutos. El puntaje se calculará así:

200 puntos por llegar al punto final Se suman segundos restantes para llegar a los 5 minutos.

Nota: Si el Robot si cae durante el recorrido debe ser puesto de nuevo en marcha en la misma posición de la caída.

B. Torneo Se creará un cuadrilátero, en el cual se harán enfrentamientos entre todos los equipos. El combate consiste en sacar al Rival del cuadrilátero, en un tiempo menor a dos minutos, el ganador tendrá 100 puntos. Si durante este tiempo ninguno de los dos Robots sale del cuadrilátero será un empate y tendrán 30 puntos cada uno.

¿Qué necesitas? En tu kit ya tienes los elementos mínimos para construirlo.

Kit Electrónica Kit de Mecanismos

¿Qué recibirá el Ganador? El equipo ganador recibirá un premio sorpresa, y además en caso de que haya eventos como competencias de Robótica, los ganadores de los retos serán seleccionados a participar en estos eventos.

¿Cuántos integrantes tiene cada equipo para competir en el Reto? Los equipos participantes tendrán un máximo de 4 personas.

¡Anímate a participar y a demostrar todo tu potencial como diseñador de Robots!

IntroducciónProgramación

Índice general

1 Programación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.1 El Cerebro del Robot 51.1.1 El Microcontrolador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.1.2 Arduino: Una Plataforma Abierta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.2 Arduino y su Conexión al Mundo Exterior 61.2.1 Los Modos de trabajo los Pines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.2.2 Descripción de los Pines, Puertos y Conectores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.3 El pensamiento del Robot 9

1.4 Descarga e Instalación 10

1.5 Iniciando la Programación 111.5.1 Primer Programa: Encender un LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.5.2 Instrucciónes Básicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.5.3 Abriendo un ejemplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.5.4 Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.5.5 Tomando decisiones con Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.5.6 Condicionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.5.7 Selección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.5.8 Repitiendo Tareas: Tipos de Ciclos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.6 CICLO MIENTRAS (WHILE en Inglés): 221.6.1 Diagramas de Flujo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1 — Programación

1.1 El Cerebro del Robot

Así como nuestro cerebro se encarga de controlar nuestros movimientos, nuestro ritmo

cardíaco, nuestra respiración, nuestra voz y muchos otras procesos de nuestro cuerpo; los robots

también necesitan que sus funciones sean controladas. A ellos se les debe controlar cuando

se mueven, cuando se detienen, cuando suenan, cuando toman un objeto entre otras cosas. En

muchos las funciones de cerebro en el Robot las cumple un "Micro-controlador.o con siglas

"µC".

1.1.1 El Microcontrolador

Un micro-controlador es un chip, o circuito integrado con forma parecida a una pastilla.

En ellos se pueden programar las distintas tareas como controlar motores, leer el estado de

diferentes sensores, controlar bombillos y muchas otras funciones más. Esta flexibilidad del

micro-controlador es lo que le permite ser el cerebro de muchos robots. Los micro-controladores

necesitan otros elementos para funcionar es por esto que vienen dentro de una tarjeta (o board)

acompañados de otros chips que los ayudan a cumplir sus tareas. Estas tarjetas incluyen dife-

rentes puertos de comunicación para otros dispositivos como sensores, motores, computadores,

entre otros.

Una de las familias de tarjetas más conocidas es la Familia Arduino. Estas tarjetas son muy com-

pletas, de fácil programación y mucha flexibilidad. Durante esta guía aprenderemos a programar

a través de un computador una de las tarjetas de esta familia conocida como Arduino UNO, que

se muestra en la Figura 1.1.

1.1.2 Arduino: Una Plataforma Abierta

En la página de Arduino1 encontramos la siguiente definición:

1http://arduino.cc/es

6 Programación

Figura 1.1: Tarjeta Arduino UNO

.Arduino es una plataforma de electrónica abierta para la creación de prototipos basada en

software y hardware flexibles y fáciles de usar. Se creó para artistas, diseñadores, aficionados

y cualquiera interesado en crear entornos u objetos interactivos."

En otras palabras: Arduino es una plataforma con la que cualquier persona que esté interesada se

puede divertir desarrollando un número inimaginable de proyectos que van desde encender una

pequeña luz, hasta controlar todos los motores que usa una compleja impresora 3D.

Esta familia de tarjetas se ha hecho bastante popular debido a que todo su diseño es abier-

to al público, permitiendo que cualquier persona o fabricante pueda construir las tarjetas Arduino

así como otras tarjetas que puedan trabajar en conjunto con esta.

"Gran parte del Exito del proyecto Arduino se dió gracias al trabajo del Colombiano Hernando

Barragan, quien en su tesis Doctorado desarrollo la plataforma Wiring que permite programar

el Micro-controlador en un entorno que es amable para usuarios como diseñadores y artistas.

Barragan es de hecho un artista". (http://barraganstudio.com/b/?p=185)

1.2 Arduino y su Conexión al Mundo Exterior

Una de las características mas importantes de las Tarjetas Arduino y en general los micro-

controladores, es que se pueden pueden comunicar con otros dispositivos a través de pequeñas

señales eléctricas. Estas señales eléctricas entran y salen a través de los pines de este. Los pines

son puntos de conexión del MCU con el exterior.

1.2 Arduino y su Conexión al Mundo Exterior 7

1.2.1 Los Modos de trabajo los Pines

Los pines de Arduino tienen dos Modos de Operación de acuerdo con la dirección de la

Información. Veámos:

SensorMotor

Pin de Entrada

Pin de Salida

Figura 1.2: Modos de Trabajo de los Pines de Arduino

Modo de Entrada:

Cuando la información va del exterior (por ejemplo un sensor o un switch), hacia la tarjeta

es porque queremos que la información “entre” al Arduino, de modo que el pin es de entrada

(INPUT).

Modo de Salida:

Cuando la información va del interior de la tarjeta Arduino a otro elemento (por ejemplo un

LED, Bombillo o Motor) es porque queremos que la información “salga” delArduino, de modo

que el pin es de Salida (OUTPUT).

1.2.2 Descripción de los Pines, Puertos y Conectores

La tarjeta arduino cuenta con diferentes tipos de pines y conectores que se usan para diferen-

tes funciones. Estos se muestran en la Figura 1.3.

Conector Adaptador: A través de este puerto se puede conectar el adaptador. No es ne-

cesario conectarlo si ya se le ha dado energía a la Tarjeta a través del puerto USB del computador.

Conector USB: Este es el puerto a través del cual se hace la programación de la tarjeta. Además

también permite energizar la tarjeta con un voltaje de 5V. Otra de las funciones de este puerto

es permitir la comunicación (Serial) entre la tarjeta, y el computador. Esto es muy útil cuando

queremos ver el valor de un sensor en el computador.

8 Programación

Pines Alimentación: Estos pines se usan para obtener voltajes de 5V o 3.3 V para otros

elementos externos a la tarjeta que pueden estar en el robot. Además también permite obtener el

voltaje de entrada del adaptador para por ejemplo cargar las baterías. También vemos unos pines

que dicen GND. El GND es el voltaje de referencia o voltaje “0” de la tarjeta.

Pines Análogos de Entrada: Podemos reconocer estos puertos en la tarjeta porque están

numerados como A0, A1, A2, A3, A4, A5. Sirven para saber el estado de un sensor de acuerdo al

voltaje de salida que tenga el sensor. Puede tomar valores entre 0 y 1023 que son proporcionales

al voltaje del sensor.

Si el voltaje que arroja el sensor es de 5 voltios entonces obtendremos un valor de 1023 y si

por el contrario es de 0 Voltios obtendremos un valor de 0. El voltaje y el valor del pin se

relacionan con la siguiente formula.

ValorPuerto =

(

1023×VoltajeSensor

5

)

Por ejemplo si tuviéramos un valor de 2.5 Voltios en el sensor obtendríamos un valor de

512 en el puerto.

Pines Digitales E/S: Estos son pines que solo admiten valores “HIGH” ó “1” de Encendido y

valores “LOW” o “0” de Apagado. Sirven para leer sensores ON-OFF o datos Binarios “0” y “1”.

También sirven para activar otros elementos que solo tengan estados de Encendido o Apagado.

No sirven para elementos con estados intermedios como por ejemplo la velocidad de un motor o

el voltaje de un sensor, ya que estos pines son de todo o nada. Es decir totalmente encendido o

totalmente apagado. Una característica importante de estos pines es que funcionan como entrada

y salida. Su dirección debe especificarse al inicio del programa.

Pines Análogos de Salida(PWM): Estos son los pines que se usan cuando se desea activar

elementes con varios niveles de intensidad como por ejemplo la velocidad de un motor o el nivel

de luz de un LED. Tienen valores entre 0 y 255. “0” para la menor velocidad y “255” para la

mayor.

1.3 El pensamiento del Robot

¿Como crees que piensa un Robot?

Un robot siempre hace algo: agarra objetos, hace sonidos, apaga incendios, incluso monta en

bicicleta etc... ¿Pero como aprendió el robot a hacer estas cosas? ¿Cómo le digo que es lo que

tiene hacer y cómo lo debe hacer? Pues bien.. para que el robot haga sus tareas, le debemos decir

antes como hacerlas, tenemos que especificarle todos los pasos, por ejemplo un robot que agarre

objetos pelotas rojas y las ponga en un balde le debemos dar las siguientes instrucciones.

Encienda sus sensores

Póngase en posición de coger las pelotas

Mire si llegan pelotas

Mire si la pelota que llega si es roja

Si la pelota si es roja entonces agárrela mire bien donde esta

Agarre la pelota

1.3 El pensamiento del Robot 9

Pines de Alimentación

Pines Análogos

de entrada

Pines Digitales

E/S

Pines Análogos de Salida

Conector USB

Conector Adaptador

Figura 1.3: Tipos de Pines de la Tarjeta Arduino UNO

Mire donde está el balde

Ponga las pelotas Rojas en el balde

A todo este conjunto de instrucciones para realizar una tarea lo llamamos Algoritmo o Pro-

grama. Otro ejemplo de algoritmo es cuando hacemos una receta, digamos por ejemplo que

deseamos hacer arroz, entonces la receta o Algoritmo para el arroz es la siguiente:

Agregue 3 tazas agua

Agregue media cucharada pequeña de sal

Agregue una cucharada de aceite

Agregue cebolla

Espere que hierva

Agregue el arroz

Espere 20 minutos

Podemos ver así que usamos algoritmos en la vida cotidiana. Y de manera similar los usaremos

para que un arduino o un robot ejecute la tarea que nosotros deseamos.

10 Programación

Dandole ordenes al Arduino y a los Robots en General

Ya hemos visto que debemos indicarle al robot los pasos para ejecutar sus tares, pero robots

no entienden nuestro lenguaje, ellos tienen su propio lenguaje conocido como “Lenguaje de

Máquina”, el cuál nosotros no hablamos por lo que debemos pasar de nuestro lenguaje a un

lenguaje que el robot entienda. Para lograr esto usamos los lenguajes de programación.

El lenguaje de Robot

Ya hemos visto que debemos indicarle al robot los pasos para ejecutar sus tares, pero robots

no entienden nuestro lenguaje, ellos tienen su propio lenguaje conocido como “Lenguaje de

Máquina”, el cuál nosotros no hablamos por lo que debemos pasar de nuestro lenguaje a un

lenguaje que el robot entienda. Para lograr esto usamos los lenguajes de programación.

Los Lenguajes de Programación

Un lenguaje está siempre compuesto de unas palabras que ordenadas tiene un significado.

Muy similarmente un lenguaje de programación se compone de palabras claves que también

tienen un significado y un orden. Existen numerosos lenguajes de programación entre ellos: C,

C++, Pascal, Java, entre otros. El lenguaje que usemos depende del Microntrolador y el tipo de

aplicación que deseamos hacer. En nuestro caso usaremos el lenguaje C++.

1.4 Descarga e Instalación

Para obtener la Interfaz de programación Arduino debemos descargarlo de la pagina web

de Arduino. Es recomendable descargar esta interfaz de la pagina en inglés (http://www.

arduino.cc/en/) ya que esta suele estar mas actualizada. Ya estando en la página se debe ir

a la pestaña DOWNLOADS y allí nos aparecera el link de descarga de Arduino. En el tiempo de

Edición de esta guia la version mas nueva es la Arduino 1.0.5. Tamabien puedes descargarlo direc-

Debes dar Click en

el Windows Installer

tamente usando este link: http://arduino.googlecode.com/files/arduino-1.

0.5-windows.exe.

1.5 Iniciando la Programación 11

Luego de hacer esto debemos ejecutar el archivo descargado dando click derecho en el icono del

programa y luego click en abrir.Y esperamos a que se realice la instalación.

¡¡¡OJO!!! Deben descargar el programa de la página en Ingles ya que si lo descargan de la

página de español tendrán una versión distinta que no reconoce algunos comandos nuevos.

1.5 Iniciando la Programación

Luego de la instalación debemos abrir el programa y nos aparecerá la siguiente interfaz.

Dentro de la parte blanca de la interfaz es donde escribiremos las instrucciones que le vamos a

dar al robot.

Aquí debe ir la Configuración

Inicial

Aquí debe ir la Tarea Continua

Botón para programar el Arduino

Botón para Comunicación con el Arduino

Figura 1.4: Interfaz de Programación Arduino

¿Que es void setup() ?

Por el momento diremos void setup() es una palabra clave del lenguaje de

programación que sirve para que dentro de las llaves () escribamos las ordenes de inicialización

del Arduino. Estas órdenes solo se ejecutan una vez después de haber encendido el robot.

¿Que es void setup() ?

También es una palabra del lenguaje de programación que sirve para que dentro las llaves ()

se escriban las ordenes que queramos que el Arduino realice repetidamente hasta ser apagado o

reseteado.

1.5.1 Primer Programa: Encender un LED

Ya es hora de que escribamos nuestro primer programa para la tarjeta Arduino, así que

empezaremos por lo mas sencillo que es encender el LED que incluye nuestra tarjeta (conectado

12 Programación

al pin número 13).

Lo primero que haremos será definir el modo de trabajo del pin 13 como un pin de salida

en la configuración inicial y luego en la tarea continua lo encenderemos. Para hacer esto debemos

escribir el codigo que se muestra a continuación (Código 1.1).

Código 1.1 — Encender un LED

Esto es un comentario que el Arduino no lee.

¡Es para nosotros!

Este es otro comentario

AW

Programa para encender un LED

WA

void setupCt

AAInicialización

pinModeC13GOUTPUTt;AAEl pin 13 se configura como pin de Salida

void loopCt

AATareaUContinua

digitalWriteC13GHIGHt;AAEncenderULED

delayC1000t;UAAEsperar un segundo C1000 mst

digitalWriteC13GLOWt;UAAApagarULEDU

delayC1000t;UAAEsperar un segundo C1000 mst

Al inicio del codigo vemos un slash y un asterisco ( /* ). Esti sirve para dar inicio a comentarios,

los cuales no son interpretados por el Arduino, y nos sirven a los programadores para escribir

detalles de nuestro codigo. Para finalizar nuestro comentario se usan los caracteres */.

Luego vemos las palabras claves void setup(), que como habiamos dicho sirve para escribir

dentro de las llaves la configuración inicial. En la linea siguiente vamos dos slash seguidos (//).

Estos sirven también para hacer comentarios, pero solo en un renglón o línea.

Dendro de las las llaves vemos la instrucción pinMode(13,OUTPUT), la cual configura

el pin número 13 como pin de salida. Esto se hace en la configuración inicial para que desde el

inicio del programa el pin quede definido como pin de salida. Esta instrucción va seguida de un

comentario (//) que explica que hace dicha instrucción.

Siguiendo el código encontramos void loop() y dentro de las llaves () encontramos la tarea

continua que en esta compuesto de cuatro instrucciones. La primera es digitalWrite(13,HIGH),

que enciende el led dandole un nivel ALTO (HIGH) al pin 13. La segunda es delay(1000) que

genera un retardo de un segundo, en el cual el led se mantiene encendido. La tercera instrucción

es digitalWrite(13,HIGH) la cual apaga el led. Finalmente la cuarta instrucción es otro

retardo de un segundo para que el led permanezca encendido otro segundo.

Cuando el arduino termina de ejecutar estas instrucción vuelve al inicio de la tarea conti-

nua de modo que vuelva a ejecutar digitalWrite(13,HIGH), encendiendo el led, y luego

el retardo, y así hasta recorrer toda la tarea continua. Esto se hace infinitamente hasta que la

tarjeta sea apagada o reseteada.


Enviando el programa al Arduino por primera vez

Ahora que entendimos el programa para encender y apagar el led vamos cargar el programa

en la tarjeta Arduino siguiendo estos pasos:

Antes de conectar la tarjeta, determinemos que puertos de comunicación se encuentran ya

ocupados para no seleccionarlos cuando conectemos la tarjeta.

Conectemos la Tarjeta Arduino al Computador mediante el Cable USB.

Verifiquemos que esté seleccionada correctamente nuestra tarjeta. (Arduino UNO). Vamos

a Herramientas->Tarjeta->Arduino UNO2

Verifiquemos que el computador reconozca que se ha conectadola tarjeta llendo a Herramientas-

>Puerto miramos cual es el nuevo puerto COM que aparece y lo seleccionamos.

Ahora podemos dar click en el botón de programar que se encuentra arriba a la iz-

quierda. Si todo funciona bien en la parte de abajo veremos :

2Tools->Board->Arduino UNO para las versiones en inglés.

14 Programación

1.5.2 Instrucciónes Básicas

En arduino existen un conjunto básica de instrucciónes veremos algunas de ellas en la

Tabla 1.1. Podemos encontrar muchas mas en http://arduino.cc/es/Reference/

HomePage

Instrucción Descripción

pinMode(nPin,Mod) nPin indica el numero un pin que queramos configurar.

Mod indica el modo de Trabajo, si es pin de entrada en vez

Mod escribimos INPUT y como pin de Salida escribimos

OUTPUT.

Ejemplo:

pinMode(13,OUTPUT) Así se configura el pin número 13 como pin de salida.

digitalWrite(nPin,Valor) Escribe un Valor HIGH (1) o LOW (0) en el pin indicado

por nPin.

Ejemplo:

digitalWrite(2,HIGH) En este ejemplo se le da un valor de HIGH al pin 2.

analogWrite(nPin,Valor); Escribe un Valor entre 0 y 255 en el pin indicado por

nPin.

Ejemplo:

analogWrite(3,150); En este ejemplo se le da un valor de 150 al pin 3.

digitalRead(nPin); Lee el valor digital del pin indicado por npin. Esta ins-

trucción nos dice si el pin se encuentra en HIGH o en LOW

nPin.

Ejemplo:

digitalRead(8); En este ejemplo se lee el valor del pin 8.

analogRead(A0); Lee el valor analogo del pin indicado por npin. Esta

instrucción entrega un valor entre 0 y 1024 de acuerdo al

voltaje del pin.

Ejemplo:

analogRead(A0); En este ejemplo se lee el valor del pin A0.

dalay(milisecs); Es un retardo que detiene la ejecución del programa por

el numero de milisegundos indicados por milisecs.

Ejemplo:

delay(1000); En este ejemplo se hace un ratardo de 1 segundo (1000

milisegundos).

Serial.begin(9600); Sirve para iniciar una comunicación entre el arduino y

otros dispositivos como el Computador. El valor de 9600

es la velocidad de la comunicación.

int Var= 1; Crea una variable llamada Var y se le da un valor (en

este caso "1"). Todas las partes en las que aparezca Var

tomaran el valor asignado.

Ejemplo:

int Val=2; En este ejemplo se crea una variable llamada Val y se le

asigna un valor de 2.

Tabla 1.1: Table caption


1.5.3 Abriendo un ejemplo

Ademas de las referencias de las instrucciones, la misma interfaz de Arduino contiene

numerosos ejemplos. Para abrirlos debemos ir a Archivo->Ejemplos. Para abrir un ejemplo que

tambien prende y apaga el led podemor ir a Archivo->Ejemplos->Basics->Blink.

Figura 1.5: Pasos para Abrir un Ejemplo

1.5.4 Variables

¿Cuál es tu nombre?, ¿Cuál es el nombre de tus padres?, ¿Cuántos años tienes?, ¿Cuantos

años tienen tus padres? Todas estas respuestas de seguro las sabemos, ya que al igual que un robot

tenemos la capacidad de recordar gracias a nuestra memoria. Recordamos el nombre y edades de

nuestros conocidos entre otras cosas. Los robots también recuerdan este tipo de información, y

la guardan en un espacio de su memoria. Una variable es donde guardamos cierta información.

Un ejemplo de variable es mi edad que es 16. Otro ejemplo es mi nombre que es Camilo. En el

lenguaje de programación C++ usaremos los siguientes tipos de variables:

Tipo Codigo Uso

Entero int Sirven para almacenar números.

Carácter char Sirven para almacenar letras.

Palabras o Cadenas de Caracteres String Sirve para almacenar palabas o incluso Frases.

Ahora veamos un ejemplo:

Código 1.2 — Uso de variables// Declaracion de Variables

String MiNombre= Camilo ;

int Edad=16;

//-----------------------

void setup*:

//IniciarSerial

Serial.begin*9600:;

void loop*:

Serial.println* yyyyyyyyyyyyyy :;

Serial.println* Mi Nombre es: :;

Serial.println*MiNombre:;

Serial.println* Mi Edad es :;

Serial.println*Edad:;

delay*10000:;

16 Programación

En este ejemplo en las primeras dos líneas (renglones) podemos ver que se usan una variable tipo

String para el nombre. Esta variable la llamamos Minombre y le asignamos el valor de “Ca-

milo”; también usamos una variable tipo int llamada Edad a la que le asignamos el valor de 16.

El resto de las líneas de código se usan para poder visualizar en pantalla las variables a través del

puerto serial. 3

Luego de correr el programa ( ). Vamos a dar click en la Lupa ( ) que aparece en la

parte superior derecha. ) y nos aparecera la ventana de comunicación serial en la cual se pueden

visualizar los datos enviados desde el Arduino.

Podemos cambiar la edad y el nombre y volver a cargar el programa. La idea es jugar con

el programa. ¡¡¡¡Eso es lo que haremos la mayor de parte del tiempo con el Arduino!!!

Figura 1.6: Monitor Serial

1.5.5 Tomando decisiones con Arduino

Existen básicamente dos formas en que un robot toma decisiones, una es haciéndose una

pregunta de respuesta afirmativa y negativa. Y la otra forma es realizar una tarea de acuerdo al

valor de una variable. Veamos esto más a fondo.

1.5.6 Condicionales

Constantemente tomamos decisiones, decidimos si llevar chaqueta, o mejor usar una camisa

fresca. Estas decisiones están “condicionadas” por alguno o algunos factores. Por ejemplo la

ropa que usamos está condicionada por el clima, y de acuerdo a este tomamos decisiones como

las siguientes:

Si está haciendo frío, entonces me pongo la chaqueta, si no uso una camisa.

Si está lloviendo, entonces llevo paraguas, si no dejo el paraguas en casa.

Dentro de un algoritmo, este tipo de decisiones las llamamos condicionales. Vemos que en

estas primero tenemos una pregunta (SI), y de acuerdo a su respuesta se realiza una u otra acción

(entonces, sino). En el lenguaje de programación las condiciones se escriben de la siguiente

forma:

3El puerto serial es un puerto de comunicación entre dispositivos o robots.


PREGUNTA SIMBOLO EJEMPLO RESPUESTA

Mayor > (5>5) FALSO

Mayor Igual >= (4>=4) VERDADERO

Menor < (11<10) FALSO

Menor Igual <= (5<=3) FALSE

Igual == (10==10) VERDADERO

Diferente != (10!=10) FALSO

Tabla 1.2: Algunas Relaciones permitidas en C++

Código 1.3 — Condicionalif (/*Condición*/) /*Entonces*/

//Tareas a realizar si verdadero

else //sino

//Tareas a realizar si falso

El condicional pueden ser utilizado tanto en la configuración inicial como en la tarea continua,

pero será mas común usarlos en la segunda. Veamos un ejemplo en el código 1.4.

Código 1.4 — Condicional Mayoría de Edad

int Edad;

//-----------------------

void setup()

Serial.begin(9600);

void loop()

Edad=18;

if (Edad<18)

Serial.println(mSoy menor de Edadm);

else

Serial.println(mSoy mayor de Edadm);

delay(10000);

Se declara una variable pero no se asigna un valor a esta

Aquí se hace la asignacion. Esta se puede hacer dentro de la

configuración inicial o en tarea continua

Puedes correr este codigo y mirar que ocurre al cambiar la edad.

¿Cuales preguntas o condiciones podemos usar?

En los lenguajes de preguntas las preguntas que se hacen esta limitadas a relaciones matemá-

ticas o de igualdad en las que la respuesta solo puede ser FALSA o VERDADERA. Es decir que al

arduino (o incluso a los computadores) no se les hacen preguntas directas sino que las preguntas

deben ser formuladas mediante ciertas relaciones matemáticas permitidas por el lenguaje. En el

lenguaje C++ se permiten hacer las relaciones de tabla 1.2.

Relación “y”

Alguna vez te han dicho: “Si te portas bien y llegas temprano a casa entonces te daremos

más dinero”. Esto significa que para que te den más dinero además de “portarte bien”, que es la

primera condición, tienes que llegar temprano. Usando la relación “y” se tienen que cumplir las

18 Programación

CONDICIÓN 1 RESP CONDICIÓN 2 RESP CONDICIÓN RESPUESTA

(2<=1) F (1<1) F ((2<=1)&&(2<=1)) FALSO

(2==1) F (10<=10) V ((2==1)&&(10<=10)) FALSO

(1<=1) V (4!=5) F ((1<1)&&(4!=4)) FALSO

(4<=3) V (1<100) V ((4<=3)&&(1<100)) VERDADERO

(10<10) F (6<7) V ((10<10)&&(6<7)) FALSO

(11>=10) V (3!=4) V ((11>=10)&&(3!=4)) VERDADERO

Tabla 1.3: Condiciones usando "&&"

CONDICIÓN 1 RESP CONDICIÓN 2 RESP CONDICIÓN RESPUESTA

(2<=1) F (1<1) F ((2<=1)||(2<=1)) FALSO

(2==1) F (10<=10) V ((2==1)||(10<=10)) VERDADERO

(1<=1) V (4!=4) F ((1<1)||(4!=4)) VERDADERO

(4<=3) V (1<100) V ((4<=3)||(1<100)) VERDADERO

(10<10) F (6<7) V ((10<10)||(6<7)) VERDADERO

(10>=11) F (3!=3) F ((11>=10)||(3!=4)) FALSO

Tabla 1.4: Condiciones usando ||

2 condiciones. En el lenguaje C++ para expresar el “y” se usa el símbolo &&. Veamos ejemplos

en la tabla 1.3.

Relación “o”

Otras veces te han dicho: “Si te portas bien o llegas temprano a casa entonces te daremos

más dinero”. En este caso para que te den más dinero podrías hacer lo siguiente:

Solo portarte bien.

Solo llegar temprano a casa.

Ambas cosas.

De la única forma que no te darían dinero es que no hicieras ninguna de las dos cosas. En el

lenguaje C++ expresamos el “o” con el símbolo ||.Veamos Ejemplos en la Tabla 1.4

1.5.7 Selección

Muchas veces la toma decisiones basadas condiciones de respuesta verdadera y falsa no es

suficiente, por ejemplo podemos tener diferentes actividades dependiendo del día de semana, ese

caso diríamos esto:

En caso que sea LUNES: Practico Futbol.

En caso que sea MARTES: Practico Baloncesto.

En caso que sea MIERCOLES: Practico Ajedrez.

En caso que sea JUEVES: Estudio Ingles.

En caso que sea VIERNES: Estudio Música.

El resto de los días: Descanso.

Estructuras SWITCH en C++

En el lenguaje de programación C++, existen este tipo de selección de acciones de acuerdo a

valor de una variable. Esta variable puede representar una letra o un número o incluso palabras,

aunque Generalmente usaremos números. En el Códico 1.5 se ve la forma general de hacer una

estructura de casos en C++.


Código 1.5 — Esctrucutura de Casosswitch(Variable)

case VALOR1:

//Tareap1

break;

case VALOR2:

//Tareap2

break;

case VALOR3:

//Tareap3

break;

default:

//Tarea por defecto

Código 1.6 — Ejemplo de Casos con los Días de la semanaenum dias LUNEShMARTEShMIERCOLEShJUEVEShVIERNEShSABADOhDOMINGO1

dias Dia=LUNES1

void setup0w

Serialpbegin0úPllw1

void loop0w

switch0Diaw

case LUNESf

Serialpprintln0)Hoy practico Futbol)w1

break1

case MARTESf

Serialpprintln0)Hoy Practico Baloncesto)w1

break1

case MIERCOLESf

Serialpprintln0)Hoy Practico Ajedrez)w1

break1

case JUEVESf

Serialpprintln0)Hoy Estudio Ingles)w1

break1

case VIERNESf

Serialpprintln0)Hoy Estudio Música)w1

break1

defaultf

Serialpprintln0)Hoy Descanso)w1

delay0"llllw1

20 Programación

En el Código 1.6 se puede ver que en la primera lína aparece las palabras claves enum dias

LUNES,MARTES,MIERCOLES...., las cuales son una forma decirle al Arduino cuales

son los días de la semana4. Luego en la segunda línea vemos la instrucción dias Dia=LUNES,

la cual crea una variable (tipo dias), que nos permite almacenar en ella días de la semana. Luego

en la tare continua void loop encontramos una estrucutura de casos en la que dependiendo

del día de la semana se nos muestra un mensaje. Para correr el codigo debemos dar click en el

icono de cargar ( ) y luego en el icono de monitor serial ( ).

1.5.8 Repitiendo Tareas: Tipos de Ciclos

Muchas veces en nuestros programas vamos a necesitar que se realicen repetidamente ciertas

tareas. El numero de repeticiones puede ser constante, o indefinido de acuerdo a ciertas condicio-

nes. Imaginemonos un programa que mientras no reciba una tecla cualquiera, envia mensajes

pidiendo que se presione alguna tecla. Otro caso sería que quisieramos hacer un programa que

nos envíe 10 mensajes.

Para hacer estas repeticiones se utilizan los cilos. Existen dos grandes clases de estos: El

primero se relaciona con el ejemplo de esperar una tecla mientras la condición de Teclar sin

presionar se cumpla, este se conoce como ciclo MIENTRAS. El segundo caso en el que se ejecutan

tareas un numero determinado de veces se conoce como ciclo PARA. Estos ciclos se explican a

continuación.

CICLO PARA (FOR en Inglés):

Para entender mejor este ciclo veamos su forma de escribirlo en C++.

Código 1.7 — Ciclo PARA (FOR)for(i=0;i<10;i++)

//Tareas a Ejecutar

Este tipo de ciclo ejecuta las tareas escritas dentro de las llaves repetidamente. Cada vez que

ejecuta las tareas aumenta el valor de la variable i mientras que se cumpla la condición i<10. En

este caso la acción entre las llaves se ejecuta 10 veces ya que la acción se ejecuta cuando i=0

(Una vez),i=1 (Dos veces),i=2 (Tres veces),i=3 (Cuatro veces),i=4 (Cinco veces),i=5 (Seis

veces),i=6 (Siete veces),i=7 (8 Veces),i=8 (9 veces),i=9 (Diez veces), pero cuando i=10 ya

no hay ejecución ya que en este caso i no es estrictamente menor que 10.

4Para enseñarle los meses escribiríamos: enum meses ENERO,FEBRERO,MARZO,ABRIL,...,DICIEMBRE

1.6 CICLO MIENTRAS (WHILE en Inglés): 21

Figura 1.7: Mensajes Repetidos usando for

Código 1.8 — Ejemplo FORvoid setup()

Serial.begin(9600);

void loop()

for(int i=1;i<9;i++)

Serial.print(cEste es el mensaje numero c);

Serial.println(i);

Serial.println(cEl programa iniciara de nuevo en 10 segundosc);

delay(10000);

En el ejemplo del ciclo FOR se puede ver que a diferencia del ejemplo inicial el primer valor de

i es 1. En este caso el mensaje .Este es el Mensaje Numero" se imprime 8 veces, que

corresponden a i=1 la primera vez hasta i=8 la octava vez. Cuando i=9 ya no hay ejecución y

se sigue con el resto del programa, que este caso es consiste en enviar un mensaje anunciando el

reinicio del programa en diez segundos. (Mirar Figura 1.7).

1.6 CICLO MIENTRAS (WHILE en Inglés):

Obeservemos cuidadosamente su codificación:

Código 1.9 — Ciclo Mientras (WHILE)while(/*Condicion*/)

//Tareas a Ejecutar

Este ciclo ejecuta las tareas descritas en las llaves mientras se cumpla la condición. Si no cumple

dicha condición simplemente el programa seguirá derecho sin ejecutar estas líneas de código.

22 Programación

Presione el botón para

enviar una letra

Escriba aquí una letra

Figura 1.8: Mensajes Repetidos usando while

Código 1.10 — Ciclo Mientras (WHILE)char recibido;

void setupfy

Serial.beginf9600y; //Iniciar Comunicación

void loopfy

whilefSerial.availablefy==0y

//Mientras NO se ingrese un valor se escribe un mensaje

Serial.printlnfNPor favor ingrese una teclaNy;

delayf1000y;

recibido=Serial.readfy;

Serial.printfNSe ha ingresado la tecla: Ny;

Serial.printlnfrecibidoy;

Serial.printlnfNEl programa volvera a iniciar en 10 segundosNy;

delayf10000y;

En el codigo la función Serial.available() nos dice el numero de datos disponibles

enviados desde el computador al arduino, de manera que si no hay datos nos da un valor de

"0". Cuando los datos son leidos usando la función Serial.read() el número de datos

disponibles vuelve a ser cero hasta que se reciban mas datos.

Luego de correr el ejemplo y abrir el Monitor serial Figura 1.8, vamos a ver que cada se-

gundo llega un mensaje pidiendo que se envíe un letra, o se presione una tecla. Esto ocurre

porque la condición se le impuso al ciclo while es que Serial.available()==0 lo cual

ocurre siempre que no se envíen datos desde el computador al arduino. Luego se enviamos una

letra el numeró de datos disponibles que arroja la función Serial.available() ya no será

1.6 CICLO MIENTRAS (WHILE en Inglés): 23

cero entonces no se ejecutan las instrucción dentro del ciclo while continuando así con el resto

del programa.

1.6.1 Diagramas de Flujo

SIMBOLO NOMBRE USO

Inicio TerminadorSe encuentra al inicio o fin de un proceso. Dentro de él se

encuentra información o acciones para iniciar el proceso.

Proceso ProcesoActividades llevadas a cabo durante el proceso. Puede tener

muchas entradas pero una sola salida.

Datos Entrada y Salida En su interior están los datos para realizar una actividad.

Decisión DecisiónPunto donde se toma una decisión de “SI” o “NO” depen-

diendo de la condición interna

Flechas Muestra la dirección del flujo de la actividad o proceso.

Tabla 1.5: Símbolos Diagrama de Flujo

Un diagrama de flujo es una representación gráfica de un algoritmo. Nos permite visualizar

el algoritmo y probarlo de manera fácil siguiendo el flujo que indiquen las flechas. Es una forma

grafica de cómo piensa el robot y el arduino, como se pregunta sobre los cambios de factores

externos como sensores y apartir de eso tomar ciertas decisiones. Todo programador antes de

sentarse a escribir código, debería plasmar el diagrama de flujo para tener como guía: La lógica,

preguntas o condiciones que llevara la inteligencia de su robot. Para poder construir nuestro

primer diagrama de flujo debemos conocer los símbolos más usados en su construcción, los

cuales se pueden observar en en la Tabla 1.5

Ahora veamos un ejemplo programa en general para un robot, como se muestra en el Dia-

grama 1.1. Este diagrama consiste en un inicio (Configuración Incial) luego del cual se ejecuta

una actividad que recibe ciertos datos para trabajar, luego de esa actividad se toma una decisión

cuya respuesta puede desencadenar el fin del programa, o continuar con las actividades del

programa.

Los diagramas de flujo se pueden aplicar a cualquier tipo procesos, pueden representar procesos

tan simples como controlar el llenado de un tanque (Mirar Diagrama 1.2) hasta procesos tan

complejos como el entrenamiento de una Red Neuronal (para ese diagrama aun no estamos

preparados).

24 Programación

Diagrama de Flujo 1.1 — Diagrama General

Inicio

Actividad

Decisión

Datos

Fin

NO

SI

Diagrama de Flujo 1.2 — LLenando un Tanque

Incio

Abrir la

llave

Mirar

altura del

Tanque,

H

La altura

es menor a

la deseada?

Cerrar la

llave

Abrir la

llave

FIN

SI

NO

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