Informe de La Practica ARDUINO
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UAEH – Escuela Superior de Tlahuelilpan. Ex Hacienda de San Servando. Tlahuelilpan de Ocampo, Hgo.,
C.P. 42780. E-mail: [email protected]
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO
INSTITUTO DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA
ESCUELA SUPERIOR DE TLAHUELILPAN
LICENCIATURA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
ELECTRÓNICA BÁSICA
“CONSTRUCCIÓN DE UN CUBO DE LEDS CON ARDUINO”
Grupo 301
LSC
Informe de Práctica
IP.LSC.EB-1201
Mayo/2012
Elaborado por:
Aguilar Delgado Zuleidy
Callejas Valdez Nathalie Marlem
Dorantes Dorantes Marisol
Estrada Cruz Damián
Flores de la Rosa Fausto Alfonso
Galván Morales Teresa
García Escamilla Edgar
Jiménez Jiménez Silvia
Moreno Zúñiga Alberto
Pérez Gutiérrez Joel Bernardo
Trujillo Cruz Javier
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. ii
RESUMEN
Desarrollo de una serie, bajo la plataforma de Arduino, que permite encender un cubo de
LEDS 3 * 3 (27 unidades) mediante la programación. El proyecto buscó la sencillez de
uso, para facilitar con pequeños esquemas el entorno del proyecto.
El software del proyecto utiliza exclusivamente soluciones libres y de uso gratuito.
Desarrollado en Sistema Operativo Windows XP.
Una vez determinado el como fuimos capaces de enlazar todos los elementos y hacer que
interactuaran entre si y funcionara, se pueden utilizar estos conocimientos y participar con
el proyecto: cubo de LEDS con Arduino.
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. iii
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN 1
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 3
2. OBJETIVO 3
3. NOTACIONES Y DEFINICIONES 4
4. FUNDAMENTOS 6
5. DESARROLLO TEÓRICO
5.1. Análisis del problema 9
5.2. Diseño de la solución 10
5.3. Resultados esperados 15
6. DESARROLLO EXPERIMENTAL
7.1. Construcción de los sistemas 15
7.2. Resultados experimentales 32
8. ANÁLISIS DE RESULTADOS 33
CONCLUSIONES 39
REFERENCIAS 40
ANEXO I. INFRAESTRUCTURA 41
Lista de Figuras
Figura 1. Familia de microcontroladores Atmel 7
Figura 2. Lenguaje de programación Arduino 1.0
Figura 3. Diseño de la construcción del cubo de leds
Figura 4. Plantilla para colocar el cubo de leds
Figura 5. Doblamos los cátodos y nos ayudamos con el molde
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. iv
Figura 6. Estructuras de leds
Figura 7. Estructuras montadas para soldar los ánodos
Figura 8. Cubo de Leds 3x3x3
Figura 9. Es esta figura se muestran los terminales de un led
Figura 10. Muestra como debe de estar doblado
Figura 11. Se muestra como van unidos los leds
Figura 12. Estructura de cada sección de nueve leds
Figura 13. Muestra como quedan
Figura 14. Resistencias conectadas a los ánodos resultantes de cada fila
Figura 15. Partes del transistor
Figura 16. Terminales de salida de arduino UNO
Figura 17. Muestra como quedo finalmente el circuito siguiendo los pasos descritos
Figura 18. Windows reconociendo al dispositivo arduino
Figura 19. Asistente para nuevo hardware de Windows XP
Figura 20. Examinador de archivos para los controladores de arduino
Figura 21. Instalación del controlador correspondiente
Figura 22. Finalización del asistente para hardware
Figura 23. Interfaz del compilador arduino
Figura 24. Creación de un nuevo archivo de código
Figura 25. Utilización de código prediseñado por el compilador
Figura 26. Código generado por el compilador
Figura 27. Interfaz donde se muestra la selección del modelo de arduino
Figura 28. Interfaz de la selección del puerto
Figura 29. Lugar donde se encuentra el botón upload
Figura 30. Muestra como están conectadas las terminales del leds
Figura 31. Cubo conectado con cada uno de los elementos mencionados
Figura 32. Botón RESET indicando su ubicación
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. v
Figura 33. Prototipo funcionando
Figura 34. Resultado experimental con arduino
Figura 35. Código fuente de la secuencia de una serie navideña.
Figura 36. Muestra la declaración de los arreglos y parte de la lógica de programación
Figura 37. Muestra la otra parte de la lógica de programación
Figura 38. Muestra la otra parte de la lógica de programación
Figura 39. Imagen que demuestra como el arduino funciona formando el número tres
Figura 40. Imagen que demuestra como el arduino funciona formando el número cero
Figura 41. Imagen que demuestra como el arduino funciona formando en número uno
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 1
INTRODUCCIÓN
Arduino, es una plataforma de prototipos electrónica de código abierto basada en hardware y
software flexibles y sencillos de usar. Está pensado para cualquier interesado en crear objetos o
entornos interactivos.
Este artefacto, puede sentir el entorno mediante la recepción de entradas desde una variedad de
sensores y puede afectar a su alrededor mediante el control de luces, motores y otros artefactos. El
microcontrolador de la placa se programa usando su propio software, "Arduino Programming
Language" basado en Wiring y el Arduino Development Environment basado en Processing.
Los proyectos de Arduino pueden ser autónomos o se pueden comunicar con software en ejecución
en un ordenador.
Existen muchos microcontroladores y plataformas microcontroladores disponibles para
computación física. Todas estas herramientas toman los desordenados detalles de la programación
del microcontrolador y la encierran en un paquete fácil de usar. Arduino simplifica el proceso de
trabajo con microcontroladores y ofrece grandes ventajas.
Arduino inició como un proyecto que se hizo en el Instituto de Diseño Interactivo Ivrea en el año
2005; Aunque su origen está implícito en otros proyectos ya trabajados, con el objetivo de hacer
una herramienta para los estudiantes más moderna que las existentes en el mercado, incluyendo a la
BASIC Stamp, con un costo aproximado de 100 dólares y que los estudiantes no estaban dispuestos
a pagar y con la necesidad de adquirir varias placas.
Además, los fundadores estaban ante la problemática de un posible cierre de la escuela, por lo que
diseñaron a Arduino como un hardware open source.
Así, nació la primera placa Arduino, establecida sólo para los estudiantes: La primera versión RS-
232 para soldar.
Tiempo después, se llegó a un acuerdo con otros Institutos, con el fin de hacer comercial el
producto.
Se trabajó con la versión USB ya montada, probada y lista para funcionar, y que en el año de 2010,
se llevaban vendidos más de 40,000 placas.
El Arduino contiene 14 pines de entrada/salida digital (de los cuales 6 pueden ser usados como
salidas PWM). 6 entradas analógicas, un oscilador de cuarzo a 16MHz, una conexión USB, un
conector para alimentación, una cabecera ICSP y un botón de reset. Contiene todo lo necesario para
soportar el microcontrolador simplemente conectado a un ordenador con un cable USB o enchufado
con un adaptador AC/DC o batería para comenzar.
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 2
El Arduino puede ser alimentado a través de la conexión USB o con un suministro de energía
externa. La fuente de energía se selecciona mediante el jumper PWR_SEL
La alimentación externa (es decir, no USB) puede venir desde un adaptador AC a DC o desde una
batería. El adaptador puede ser conectado mediante un enchufe centro-positivo en el conector de
alimentación de la placa. Los cables de la batería pueden insertarse en las cabeceras de los pines
Gnd y Vin del conector POWER.
Un regulador de bajo abandono proporciona eficiencia energética. La placa puede operar con un
suministro externo de 6 a 20 volts. Si es suministrada con menos de 7V, sin embargo, el pin de 5V
puede suministrar menos de 5 V y la placa podría ser inestable. Si se usa más de 12 V, el regulador
de tensión puede sobrecalentarse y dañar la placa. El rango recomendado es de 7 a 12 V.
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 3
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
A partir de la revolución de la electrónica, comienza en el mundo una rápida escala de
avances tecnológicos en todas sus manifestaciones: la educación y la industria. Es por ello
que debemos aprovechar nuestra facultad intelectual y capacidad de razonamiento para
innovar, crear, experimentar y aprender más sobre prototipos electrónicos.
El desarrollo de la electrónica es una necesidad que no se puede dejar a un lado en los
avances tecnológicos. Los constantes avances y la aparición de nuevas tecnologías han
dado un impulso a la creación de nuevas ideologías científicas, tecnológicas y sociales,
provocando un cambio radical a las actividades educativas.
Analizando dispositivos que ayudan a los estudiantes proporcionándoles una herramienta
que les permita crear sus propios prototipos electrónicos, integrado sus conocimientos
adquiridos en las diferentes materias, se encontró una placa denominada “Arduino”.
Basado en la documentación, que se ha analizado surgió la inquietud de como llevar acabo
una pequeña demostración con el dispositivo electrónico “ARDUINO”, entre algunas de las
incógnitas por resolver están; ¿cómo se utiliza?, ¿cómo se conecta?, ¿cómo se programa?,
¿Cuál es su comportamiento?
De acuerdo a lo expuesto en relación a la problemática nos queda una gran interrogante
¿cómo funciona el arduino?
2. OBJETIVO
El objetivo de esta práctica consiste en ampliar el conocimiento del funcionamiento del
dispositivo Arduino Uno, haciendo uso de la información teórica previa que se tiene de
éste, y de la programación requerida, con el fin de lograr que el cubo de LED construido
funcione satisfactoriamente.
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 4
1. NOTACIONES Y DEFINICIONES
Diecimila: Es la placa Arduino más popular. Se conecta al ordenador con un cable
estándar USB que contiene todo los que se necesita para programar y usar la placa
bien.
GND: Tierra, ubicada en los pines de Arduino.
Nano: Una placa compacta diseñar para uso como tabla de pruebas, el Nano se
conecta al ordenador usando un cable USB Mini-B.
Mini: Esta es la placa más pequeña de Arduino. Trabaja tablas, aplicaciones en las
que prima su espacio. Se conecta al ordenador usando el cable Mini USB.
Serial: Es una placa básica que usa RS232 como una interfaz con su ordenador para
la programación y comunicación. Esta placa puede ejercerse de aprendizaje.
Serial Single Sided: Esta placa está diseñada para ser grabadas y ensambladas a
mano. Es compatible con los dispositivos.
VIN: Es la entrada de la tensión a la placa Arduino cuando está usando por una
fuente de alimentación externa. También se puede suministrar su tensión a través de
este pin.
SPI: 10 (SS), 12 (SCK): Son pines de soportar las comunicaciones SPI, la cual se
proporciona por el hardware.
PWM: Es una forma de “falsificar” una salida analógica por la salida pulsante. Esto
es para iluminar LED.
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 5
BASIC STAMP: Es un microcontrolador que posee un intérprete especializado de
BASIC (PBASIC) que se encuentra en su memoria ROM. Posee la forma de un chip
DIP (Dual In Package), encontrándose en una placa de circuito impreso que
contiene los elementos esenciales para un microprocesador:
MICROCONTROLADOR: Es un microcontrolador es un circuito integrado o
chip que incluye en su interior las tres unidades funcionales de una computadora:
unidad central de procesamiento, memoria y unidades de E/S (entrada/salida).
MULTIDISCIPLINARES: Aplicación a varias disciplinas.
OPEN SOURCE: Software Abierto (Open Source) es un movimiento en círculos
de programadores caracterizado por la creación de código 'abierto' que puede ser
modificado o distribuido sin pagar una licencia. .
OSCILADOR: Un oscilador es un sistema capaz de crear perturbaciones o cambios
periódicos o cuasi periódicos en un medio, ya sea un medio material (sonido) o un
campo electromagnético (ondas de radio, microondas, infrarrojo, luz visible, rayos
X, rayos gamma, rayos cósmicos).
PROCCESING: Lenguaje de programación que ofrece un completo entorno
donde podamos desarrollar nuestro prototipo.
WIRING: tarjeta de entrada y salida multi-propósito basada en un
microcontrolador y un ambiente de desarrollo integrado basado en Processing.
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 6
WRITTING: Es una aplicación que almacena datos en el registro del sistema, que
es probable que su registro haya sufrido una fragmentación y acumulado en entradas
no válidas que pueden afectar al rendimiento del PC.
2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
ARDUINO
Arduino es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador
y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos
multidisciplinares.
El hardware consiste en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y puertos de
entrada/salida. 4 Los microcontroladores más usados son el Atmega168, Atmega328,
Atmega1280, ATmega8 por su sencillez y bajo coste que permiten el desarrollo de
múltiples diseños.
Figura 1. Familia de microcontroladores Atmel
Por otro lado el software consiste en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje
de programación Processing/Wiring y el cargador de arranque (boot loader) que corre en la
placa.
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 7
Arduino se puede utilizar para desarrollar objetos interactivos autónomos o puede ser
conectado a software del ordenador (por ejemplo: Macromedia Flash, Processing,
Max/MSP, Pure Data). Las placas se pueden montar a mano o adquirirse. El entorno de
desarrollo integrado libre se puede descargar gratuitamente.
Al ser open-hardware, tanto su diseño como su distribución son libres. Es decir, puede
utilizarse libremente para el desarrollo de cualquier tipo de proyecto sin haber adquirido
ninguna licencia.
Consta de 14 entradas digitales configurables entrada i/o salidas que operan a 5 voltios.
Cada pin puede proporcionar o recibir como máximo 40 mA. Los pines 3, 5, 6, 8, 10 y 11
pueden proporcionar una salida PWM (Pulse Width Modulation). Si se conecta cualquier
cosa a los pines 0 y 1, eso interferirá con la comunicación USB. Diecimila también tiene 6
entradas analógicas que proporcionan una resolución de 10 bits. Por defecto miden de 0
voltios (masa) hasta 5 voltios, aunque es posible cambiar el nivel más alto, utilizando el pin
Aref y algún código de bajo nivel.
LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN DE ARDUINO
La plataforma Arduino se programa mediante el uso de un lenguaje propio basado en el
popular lenguaje de programación de alto nivel Processing. Sin embargo, es posible utilizar
otros lenguajes de programación y aplicaciones populares en Arduino. Algunos ejemplos
son:
Java
Flash (mediante ActionScript)
Processing
Pure Data
MaxMSP (entorno gráfico de programación para aplicaciones musicales, de audio y
multimedia)
VVVV (síntesis de vídeo en tiempo real)
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 8
Adobe Director
Python
Ruby
C
C++ (mediante libSerial o en Windows)
C#
Cocoa/Objective-C (para Mac OS X)
Linux TTY (terminales de Linux)
3DVIA Virtools (aplicaciones interactivas y de tiempo real)
SuperCollider (síntesis de audio en tiempo real)
Instant Reality (X3D)
Liberlab (software de medición y experimentación)
BlitzMax (con acceso restringido)
Squeak (implementación libre de Smalltalk)
Mathematica
Matlab
Minibloq (Entorno gráfico de programación, corre también en OLPC)
Isadora (Interactividad audiovisual en tiempo real)
Perl
Visual Basic .NET
VBScript
Gambas
Esto es posible debido a que Arduino se comunica mediante la transmisión de datos en
formato serie que es algo que la mayoría de los lenguajes anteriormente citados soportan.
Para los que no soportan el formato serie de forma nativa, es posible utilizar software
intermediario que traduzca los mensajes enviados por ambas partes para permitir una
comunicación fluida. Es bastante interesante tener la posibilidad de interactuar Arduino
mediante esta gran variedad de sistemas y lenguajes puesto que dependiendo de cuales sean
las necesidades del problema que vamos a resolver podremos aprovecharnos de la gran
compatibilidad de comunicación que ofrece.
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 9
Figura 2. Lenguaje de programación Arduino 1.0
3. DESARROLLO TEÓRICO
Después de documentarnos sobre el concepto de arduino y algunas de sus funciones
procederemos al armado del circuito para el prototipo para hacer funcionar un cubo de leds
que encenderán de manera aleatoria.
5.1. Análisis del problema
Debido a que se no se tiene el conocimiento de cómo funcionan las terminales de arduino
con la investigación previa ya hecha se conocerá la manera en que trabaja este dispositivo
así como su programación que para este caso es sencilla.
5.2. Diseño de la solución
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 10
Diseño. Desarrollo del diseño, partiendo del conocimiento de los valores nominales
con los que trabaja el dispositivo electrónico: arduino y sabiendo que se puede
combinar con otros dispositivos electrónicos, se plantea el siguiente bosquejo.
Figura 3. Diseño de la construcción del cubo de leds.
. (Fuente: http://electronicavm.files.wordpress.com/2011/07/cubo.png)
Análisis. Para la construcción del cubo se emplearan 27 leds, nueve resistencias de
220 Ω y tres de 10 kΩ, tres transistores 2N3904 y una plantilla perforada.
Primero se empleara plantilla con agujeros para tener una base para el cubo
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 11
Figura 4. Plantilla para colocar el cubo de leds.
. (Fuente: http://electronicavm.files.wordpress.com/2011/07/plantilla.jpg)
Una vez tengamos la plantilla terminada, colocamos un molde para ir soldando cada uno de
los leds e ir formando los niveles que constituirán el cubo, la manera de soldar será la
siguiente: dentro de forma que queden los cátodos (patilla más corta) hacia adentro del
cubo. Deben quedar los cátodos hacia adentro ya que son éstos los que conectaremos para
formar el primer “nivel” del cubo, así que doblamos y conectamos los cátodos de los leds
para que quede un “cátodo común” para todos los leds.
Figura 5. Doblamos los cátodos y nos ayudamos con el molde
. (Fuente: http://electronicavm.files.wordpress.com/2011/07/catodos-y-pinzas1.jpg)
Una vez soldados los cátodos retiramos la estructura que queda, y realizamos el mismo
paso 3 veces, para obtener 3 estructuras de 9 leds conectados por sus cátodos, que serán
los 3 niveles o filas del cubo.
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 12
Figura 6. Estructuras de leds
. (Fuente: http://electronicavm.files.wordpress.com/2011/07/estructuras.jpg)
Una vez que tengamos las estructuras de los leds, procedemos a conectarlas entre sí, y para
ello utilizando la misma plantilla colocamos una de las estructuras dentro, colocamos otra
estructura encima y soldamos los ánodos de los leds esta vez, repitiendo el paso para la
última estructura y finalizando el cubo.
Figura 7. Estructuras montadas para soldar los ánodos
. (Fuente: http://electronicavm.files.wordpress.com/2011/07/c3a1nodos.jpg)
Y así, finalizamos el cubo, de modo que obtenemos un cubo con 9 patillas donde cada una
de ellas corresponde al ánodo de los 3 leds de esa misma columna, y 3 niveles o filas de
leds conectados por sus cátodos.
Si se observa de un modo informático, es un array bidimensional de leds, tenemos
“columnas” y “filas”, y así es como accederemos a cada uno de los leds con Arduino.
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 13
Figura 8. Cubo de Leds 3x3x3
. (Fuente: http://electronicavm.files.wordpress.com/2011/07/cubo3x3x3.jpg)
Terminado el cubo procedemos a la conexión con Arduino. Dado que son leds, necesitan de
una pequeña resistencia así que conectamos cada uno de los pines del cubo con una
resistencia de 220 Ω, a 9 pines digitales del Arduino.
Para conectar los cátodos ó los 3 niveles del cubo, debemos utilizar 3 transistores NPN, en
este caso se usarán 2N3904, puesto que al conectar los cátodos a 3 pines digitales del
Arduino podemos encender el cubo enviando valores lógicos 0 ó LOW, pero cuando
queramos apagar el cubo no podemos enviar un valor lógico HIGH, ya que quemaremos los
leds, estaríamos aplicando positivo en ambas patillas del led, por lo que no es posible.
Así que conectamos cada uno de los 3 niveles al colector de 3 transistores NPN, la base
de los transistores se conectaría a los pines digitales del Arduino, y cada uno de los
niveles del cubo.
Así utilizamos el transistor en conmutación, de modo que al enviar con Arduino un valor
lógico HIGH a uno de los transistores, éste entrará en saturación, “conectando” el colector
con el emisor, de forma que el cátodo se conectaría a tierra como se muestra en la Figura 3.
Una vez conectado, declaramos los pines como un array de filas y columnas, esto
significa encender unos leds. A continuación se muestra la programación para encender los
leds.
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 14
Código fuente
01 int Columnas[] = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9;
03 int Filas[] = 12, 11, 10;
04 int RandFila; //Variable para fila aleatoria
05 int RandColumna; //Variable para columna aleatoria
06
07 void setup()
08
09 int contador;
10
11 for (int contador = 0; contador < 10; contador++)
12 pinMode(Columnas[contador], OUTPUT);
13
14 for (int contador = 0; contador < 4; contador++)
15 pinMode(Filas[contador], OUTPUT);
16
17
18 void loop()
19
20 RandLed();
21
22
23 void RandLed()
24
25 RandFila = random(0,3);
26 RandColumna = random(0,9);
27
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 15
28 digitalWrite(Filas[RandFila], HIGH);
29 digitalWrite(Columnas[RandColumna], HIGH);
30
31 delay(75);
32
33 digitalWrite(Filas[RandFila], LOW);
34 digitalWrite(Columnas[RandColumna], LOW);
35
36 delay(50);
37
5.3. Resultados esperados
En esta práctica se espera que el cubo construido con LEDs encienda de acuerdo a lo
programado, como consecuencia de un trabajo bien elaborado. Abriendo paso a una mejor
comprensión de Arduino.
7. DESARROLLO EXPERIMENTAL
La metodología del desarrollo de este proyecto a seguir en este proyecto será la siguiente:
como primer paso se soldará el cubo conectando las terminales como lo indica el diseño,
posteriormente se conectarán los transistores y las resistencias para finalmente conectarlas a
la placa arduino como se describió en el diseño de la solución. Finalmente se procederá a
programar en el compilador de arduino para que enciendan los leds.
7.1. Construcción de los sistemas
Materiales necesarios:
27 Leds
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 16
9 Resistencias de 220 Ω
3 Resistencias de 10 kΩ
9 pines digitales de arduino
Arduino UNO
Cable
Estaño
Cautín
3 Transistores 2N3904
1 Tabla perforada
El primer pasó en la construcción del cubo que se pretende hacer, en este caso de 3*3*3
leds para su posterior encendido de manera aleatoria siguiendo los siguientes pasos.
1. El primer paso es crear cada cuadrado integrado por 9 leds que formaran el cubo y
serán 3 cuadrados unidos de la siguiente manera como se muestra en la imagen.
Cada led se une a otro a través del cátodo que es la pata más corta del led y esta es
la terminal negativa del mismo formando un cuadrado.
Figura 9. Es esta figura se muestran los terminales de un led
. (Fuente: propia)
La manera de unirlos es doblando los cátodos formando un ángulo de 90º con
respecto al ánodo de cada led para soldarlos uno a otro con ayuda del estaño y del
cautín deben quedar colocados dela siguiente manera.
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 17
Figura 10. Muestra como debe de estar doblado Figura 11. Se muestra como van unidos los leds
(Fuente: propia) (Fuente: propia)
2. Una vez que tengamos cada sección de leds procederemos a unirlas una por una de
para formar el cubo, uniendo cada ánodo de la sección de arriba con la de debajo de
manera que todas las secciones queden unidas en un solo ánodo de manera que solo
quede uno ánodo por la fila de tres leds.
Figura 12. Estructura de cada sección de nueve leds Figura 13. Muestra como quedan
interconectadas las secciones de los leds
(Fuente: propia)
3. Cuando el cubo está terminado, se pasa a soldar una resistencia de 220 Ω en cada
terminal del ánodo como lo muestra la imagen.
(Fuente:
http://electronicavm.files.wordpress.com/2011/07/e
structuras.jpg)
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 18
Figura 14. Resistencias conectadas a los ánodos resultantes de cada fila
4. Cada resistencia va colocada en una tabla perforada que es similar a un protoboard
en la cual se pueden conectar y soldar diversos componentes electrónicos. Para
poder alimentar cada sección de leds va conectada a un transistor 2N3904 el cual
elevara la intensidad de corriente para el encendido de cada fila de 3 leds ya que la
sustentada por las terminales de arduino no es suficiente ya que esta se distribuye en
las terminales de arduino.
Cada transistor va conectado de la siguiente manera:
Los emisores van conectados a los niveles del cubo.
La base va conectada a una resistencia de 10 kΩ y esta a su vez a la terminal
No. 12 de arduino.
El colector de cada transistor va conectado a la GND de Arduino.
Figura 15. Partes del transistor
(Fuente: propia)
*Emisor
*Base
*Colector
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 19
Figura 16. Terminales de salida de arduino UNO
(Fuente: propia)
Figura 17. Muestra como quedo finalmente el circuito siguiendo los pasos descritos. (Fuente: propia)
Tierra
Salidas de 5v (repartida en todas
las terminales
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 20
5. Una vez que se tiene terminado el circuito con la conexión mostrada en la imagen
siguiente se procederá a programar el dispositivo arduino con su compilador
facilitado de la página oficial del mismo fabricante www.arduino.cc.
6. Para poder programar arduino en su compilador incluye sus drivers para este caso
Windows aquí se describirá como instalar sus controladores.
Se conectará el dispositivo arduino a la PC a través de su cable USB Windows
automáticamente reconocerá el dispositivo pero al no contar con los drivers
correspondientes nos abrirá un asistente.
Figura 18. Windows reconociendo al dispositivo arduino
(Fuente: propia)
Una vez que Windows ha reconocido al dispositivo solo se seguirán los pasos
mismos que incluye para instalar los drivers correspondientes.
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 21
Figura 19. Asistente para nuevo hardware de Windows XP
(Fuente: propia)
Seleccionamos la segunda opción que es instalar desde una ubicación en nuestra
PC ya que no contamos con el cd de instalación, presionamos aceptar y
siguiente.
Figura 20. Examinador de archivos para los controladores de arduino
(Fuente: propia)
Una vez que ya encontramos los controladores le damos en continuar ya que los
controladores no están firmados por Windows.
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 22
Figura 21. Instalación del controlador correspondiente
(Fuente: propia)
Una vez instalados estos ya está disponible para utilizarse con la interfaz de
arduino.
Figura 22. Finalización del asistente para hardware
(Fuente: propia)
7. Una vez instalados los controladores de arduino procedemos a abrir el compilador
de arduino.
Figura 23. Interfaz del compilador arduino
(Fuente: propia)
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 23
8. Cuando ha cargado la interfaz lo primero que haremos será probar nuestro arduino
con un ejemplo que ya está prestablecido en el compilador nos vamos a File y
damos clic en new.
Figura 24. Creación de un nuevo archivo de código
(Fuente: propia)
9. Una vez que abrimos un nuevo proyecto para su codificación lo primero que
haremos será usar un código prediseñado para poder encender y apagar un led el
cual está en file/examples/basic/blick.
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 24
Figura 25. Utilización de código prediseñado por el compilador
(Fuente: propia)
El cual nos creará el siguiente código:
Figura 26. Código generado por el compilador
(Fuente: propia)
10. Ahora para enviar nuestro código a Arduino lo primero es seleccionar el modelo de
nuestro arduino en el menú 24 Tools/board y el modelo es arduino UNO.
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 25
Figura 27. Interfaz donde se muestra la selección del modelo de arduino
(Fuente: propia)
11. Después seleccionamos el puerto donde está conectado el arduino en la misma
sección para este caso el puerto COM16.
Figura 28. Interfaz de la selección del puerto
(Fuente: propia)
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 26
12. Ya seleccionado el modelo y puerto solo enviamos el código con el botón upload
indicado en la figura.
Figura 29. Lugar donde se encuentra el botón upload
(Fuente: propia)
En la sección inferior nos aparecerá el mensaje Upload y cuando finalice él envió
del código aparecerá el mensaje de done upload y el código ya estará en nuestro
arduino.
13. Con el arduino programado se usara como fuente de alimentación el cable USB del
mismo con el voltaje de 5 V. Ahora procedemos a conectar un led en las salidas de
arduino de la siguiente manera el ánodo a la terminal 12 y el cátodo a la terminal
GND que es tierra esto hará que el led encienda y apague cada segundo.
Figura 30. Muestra como están conectadas las terminales del leds (Fuente: propia)
Botón Upload
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 27
Figura 31. Cubo conectado con cada uno de los elementos mencionados
(Fuente: propia)
14. Una vez probado el código y el funcionamiento correcto de nuestro arduino creamos
nuestro código para controlar la secuencia de encendido del cubo de leds que es el
siguiente:
int Columnas[] = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9;//arreglo que contiene los números de terminales
donde están conectados los leds al ánodo
int Filas[] = 12, 11, 10;//arreglo que contiene las terminales 12,11,10 que están
conectadas a los transistores
int RandFila; //variable para fila encendido aleatoria
int RandColumna; //variable para columna encendido aleatoria
void setup() //usado inicializar los nodos de los pines
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 28
int contador; //variable para un numero contenido entre 0 y 10
for (int contador = 0; contador < 10; contador++) //ciclo para usar el número de
pin entre 0 y 10 y que cada ciclo incremente 1 cifra mas
pinMode(Columnas[contador], OUTPUT); //sirve para indicar el número de
pin Activo dependiendo el valor de la variable contador para las columnas de leds
for (int contador = 0; contador < 4; contador++) //ciclo para usar el número de
pin entre 0 y 4 y que cada ciclo incremente 1 cifra mas
pinMode(Filas[contador], OUTPUT); //sirve para indicar el número de pin
Activo dependiendo el valor de la variable contador para las filas de leds y establece el pin
como salida
void loop() //inicia los bucles de manera consecutiva en arduino
RandLed();//nombre de la función para encender y apagar los leds
void RandLed()//Contiene las acciones que hará esta función
RandFila = random(0,3);//crea valores aleatorios para Fila entre 0 y 3
RandColumna = random(0,9); //crea valores aleatorios para columna entre 0 y 9
digitalWrite(Filas[0], HIGH);//manda voltaje al transistor 1
digitalWrite(Columnas[0], HIGH); //manda voltaje a la columna 1
digitalWrite(Columnas[1], HIGH);
digitalWrite(Columnas[2], HIGH);
digitalWrite(Columnas[3], HIGH);
digitalWrite(Columnas[4], HIGH);
digitalWrite(Columnas[5], HIGH);
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 29
digitalWrite(Columnas[6], HIGH);
digitalWrite(Columnas[8], HIGH);
delay(1000); //intervalo de tiempo de 1 segundo
digitalWrite(Filas[0], LOW);//quita el suministro de voltaje en el transistor 1
digitalWrite(Columnas[0], LOW); //quita el suministro de voltaje el led 1
digitalWrite(Columnas[1], LOW);
digitalWrite(Columnas[2], LOW);
digitalWrite(Columnas[3], LOW);
digitalWrite(Columnas[4], LOW);
digitalWrite(Columnas[5], LOW);
digitalWrite(Columnas[6], LOW);
digitalWrite(Columnas[8], LOW);
delay(1000);//intervalo de tiempo de 1 segundo
digitalWrite(Filas[1], HIGH);
digitalWrite(Columnas[0], HIGH);
digitalWrite(Columnas[1], HIGH);
digitalWrite(Columnas[2], HIGH);
digitalWrite(Columnas[3], HIGH);
digitalWrite(Columnas[5], HIGH);
digitalWrite(Columnas[6], HIGH);
digitalWrite(Columnas[7], HIGH);
digitalWrite(Columnas[8], HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(Filas[1], LOW);
digitalWrite(Columnas[0], LOW);
digitalWrite(Columnas[1], LOW);
digitalWrite(Columnas[2], LOW);
digitalWrite(Columnas[3], LOW);
digitalWrite(Columnas[5], LOW);
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 30
digitalWrite(Columnas[6], LOW);
digitalWrite(Columnas[7], LOW);
digitalWrite(Columnas[8], LOW);
delay(1000);
digitalWrite(Filas[21], HIGH);
digitalWrite(Columnas[3], HIGH);
digitalWrite(Columnas[4], HIGH);
digitalWrite(Columnas[5], HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(Filas[2], LOW);
digitalWrite(Columnas[3], LOW);
digitalWrite(Columnas[4], LOW);
digitalWrite(Columnas[5], LOW);
delay(1000);
digitalWrite( Filas[RandFila], HIGH);
digitalWrite(Columnas[RandColumna], HIGH);
delay(1000);
digitalWrite( Filas[RandFila], LOW);
digitalWrite(Columnas[RandColumna], LOW);
Definiciones del código:
El termino INT declara que la variable es de tipo entero.
La función Rand se utiliza para crear valores aleatorios que tienen la siguiente
sintaxis:
Rand(min,max) Donde min y max solo los valores numéricos asignados para la
creación de estos valores.
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 31
pinMODE.OUTPUT establece el pin como salida en las terminales
digitalWrite[], HIGH; indica que la terminal esta activa entre los corchetes se
indica el número de terminal.
digitalWrite([], LOW); indica que la terminal esta inactiva entre los corchetes se
indica el número de terminal.
Delay indica un rango de tiempo definido en microsegundos con la siguiente
sintaxis:
Delay(ms);
15. Se envía el código al dispositivo arduino con el modelo y puerto indicados
anteriormente y lo enviamos con el botón upload.
16. Ahora con el prototipo terminado y conectado ya con la programación hecha solo se
conecta prototipo con el USB para alimentarlo a 5V. y encenderán los leds de
manera aleatoria usando el botón RESET que está en arduino podremos reiniciar el
ciclo del código al inicio del mismo.
Figura 32. Botón RESET indicando su ubicación
(Fuente: propia)
Una captura del prototipo finalizando funcionando así finalizando la construcción del
sistema.
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 32
Figura 33. Prototipo funcionando
(Fuente: propia)
7.2. Resultados experimentales
El resultado experimental que se obtuvo del proyecto realizado fue satisfactorio ya que se
logro el objetivo el cual era que el cubo de leds encendiera, este resultado se debió a que se
comprendió como funciona el dispositivo electrónico “Arduino”; además también se logró
programarlo para formar los números tres, cero y uno que juntos forman el numero 301,
esto solo para demostrar que se puede lograr cualquier secuencia que se desee cambiando la
programación.
Se concluye de los resultados experimentales que se han adquirido nuevos conocimientos y
demostrado que desarrollamos nuestra capacidad de análisis y comprensión.
Figura 34. Resultado experimental con arduino
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 33
(Fuente: propia)
8. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Utilizando ARDUINO 1.0 para crear una serie de leds que realizó una iluminación
inicialmente como la de las series navideñas para la cual se utilizó el código fuente que se
descargo de internet y el compilador de ARDUINO (Figura 23) haciendo uso de una laptop
Sony VAIO con Windows XP. En la siguiente figura se puede apreciar el primer código
con el que se programado y descargado a la placa arduino.
Figura 35. Código fuente de la secuencia de una serie navideña.
(Fuente: proia)
Después de haber visto el funcionamiento del cubo de leds con esta programación se
determino a cambiar la programación que mostrará el número 301, se optó que realizara esa
cifra porque es el grupo actual al que pertenecemos siendo significativo para todo el equipo
y con el cual este proyecto se identifica.
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 34
A continuación se muestra una parte de la programación ilustrando con imágenes
capturadas del nuevo código fuente que se empleo para formar el número 301, cada una de
ellas explicada para que se puedan comprender mejor los cambios realizados:
Figura 36. Muestra la declaración de los arreglos y parte de la lógica de programación
(Fuente: proia)
Setup ()
El comando void setup () es llamado una vez al iniciar el programa. Se utiliza para
inicializar los modos de PIN, o empezar de serie. Debe incluirse en un programa, incluso si
no hay declaraciones a correr.
int
Los enteros son el tipo de datos primarios para el almacenamiento de números, sin
decimales y almacenar un valor de 16-bits con un rango de -32.768 a 32.767.
int someVariable = 1500 // declara 'someVariable'
// Como un tipo entero
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 35
.
Figura 37. Muestra la otra parte de la lógica de programación
(Fuente: proia)
loop ()
Después de llamar a void setup() la función void loop () hace precisamente lo que sugiere
su nombre, ejecuta los bucles de forma consecutiva, permitiendo que el programa responda
a los cambios, y el control de la placa Arduino.
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 36
Figura 38. Muestra la otra parte de la lógica de programación
(Fuente: proia)
digitalWrite (pin,value)
Productos de alto nivel ya sea lógica o BAJA (se enciende o apaga) a un pin digital
especificado. El pin se puede especificar ya sea como una variable o constante (0-13).
Comparando los resultados cuando arduino fue conectado mediante el cable USB a una
computadora y programado para realizar las dos distintas funciones, primero una serie y
posteriormente un número se demuestra que es posible realizar los cambios que se deseen
y cuantas veces se requiera.
Lo siguiente que se muestra la imagen es el arduino con la placa de leds formando el
número mediante la programación que se realizó.
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 37
Figura 39. Imagen que demuestra como el arduino funciona formando el número tres.
(Fuente: propia)
Figura 40. Imagen que demuestra como el arduino funciona formando el número cero.
(Fuente: propia)
Figura 41. Imagen que demuestra como el arduino funciona formando en número uno.
(Fuente: propia)
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 38
CONCLUSIONES
Arduino, es una plataforma sencilla, pequeña y fácil de manejar; cuenta con su propio
compilador, además de que el lenguaje en que se programa es bastante sencillo; es un
hardware open source, por lo que no hay problema en usarlo una y otra vez en cualquier
proyecto; tiene 2 alimentaciones de energía, lo cual es bastante práctico; y su costo no es
elevado, ya que ronda de los 500 a los 1, 500 pesos de acuerdo a su modelo. Una
plataforma altamente recomendable si quieres crear algo innovador.
La práctica desarrollada de la construcción de los “cubo de leds 301” sirvió para demostrar
el funcionamiento de arduino, fue un arduo trabajo sobre todo porque no se contaba con
conocimientos previos de este dispositivo electrónico, pero esto nos permitió conocerlo y
darnos cuenta de que en verdad no se requiere un extenso conocimiento de electrónica para
poder manipularlo solo es cuestión de que tengas iniciativa.
Este fue un pequeño proyecto que probó que si quieres puedes construir tus propios
prototipos con la documentación necesaria.
Se recomienda que para futuros proyectos que quieras desarrollar, te documentes y
aproveches de todos los recursos que tengas a tu alcance para un resultado exitoso como lo
fue este proyecto. La única problemática con la que te encuentres quizá sea la falta de ideas
nuevas para tus creaciones. Sin embargo, esta poderosa herramienta te brinda alternativas
para que lo uses como mejor te convenga y sigas experimentando.
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 39
REFERENCIAS
[1] http://www.arduino.cc/es/
[2] http://electronicavm.wordpress.com/2011/07/27/cubo-de-leds-3x3x3-con-
arduino/#more-777
[3] http://arduino.cc/es/Main/ArduinoBoardDuemilanove
[4] http://electronicavm.wordpress.com/2011/01/04/arduino/
[5] http://blog.bricogeek.com/noticias/arduino/
[6] http://www.steren.com.mx/catalogo/search.asp?s=programador&sugerencia=0&sear
ch_type=prod
[7] Electrónica - Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicos, 8E (R.L. Boylestad,
L. Nashelsky) (Pearson) (2003) (9789702604365)
[8] Morton, P. L. et al. (1985). «John Robert Woodyard, Ingeniero eléctrico: Berkeley».
Universidad de California.
[9] Giordano, José Luis El conductor eléctrico (Ley de Ohm) Profísica. Chile [13-5-
2008]
Lic. En Sistemas Computacionales 301 Construcción de un cubo de leds con arduino pág. 40
ANEXO I. INFRAESTRUCTURA
MATERIALES UTILIZADOS EN EL PROYECTO ARDUINO
Equipo de cómputo:
MARCA MEMORIA WINDOWS DISCO DURO
SONY 2 GB 7 2 TB
DELL 3 GB 7 HOME BASIC 500 GB
Componentes electrónicos:
CANTIDAD NOMBRE VALOR MARCA
1 ARDUINO UNO
27 LEDS
9 RESISTENCIAS 220Ω
3 RESISTENCIAS 10 KΩ
9 PINES
DIGITALES DE
ARDUINO UNO
2 CABLE 2 metros
2 CAUTÍN
ESTAÑO 1.2 KΩ
3 TRANSISTORES
2N3904
4.7 KΩ
1 TABLA
PERFORADA
2 KΩ
1 COMPUTADORA
DE CASA
6.8 KΩ