Arduino – Capítulo 2 – Principios básicos (I)

En este segundo capítulo dedicado a Arduino vamos a aprender algunos conceptos básicos en electrónica así como montar nuestro primer circuito. Puede no ser muy emocionante, pero sin estas bases seremos incapaces de llevar a cabo cualquier tarea electrónica.

Principios básicos

La electricidad es un tipo de energía, como el calor, la gravedad o la luz. La energía eléctrica fluye a través de conductores, como los cables. Puedes convertir la energía eléctrica en otras formas de energía para hacer cosas interesantes, como encender una bombilla o reproducir sonidos en un altavoz.

Los componentes que puedes usar para hacer esto, como los altavoces o las bombillas, son transductores eléctricos. Los transductores transforman otras formas de energía en energía eléctrica y viceversa. Otros elementos que transforman diferentes tipos de energía en energía eléctrica son los llamados sensores, y aquellos que convierten la energía eléctrica en otras formas de energía son normalmente llamados actuadores. Construirás circuitos para mover la electricidad a través de diferentes componentes. Los circuitos son caminos cerraros hechos de cables con una fuente de alimentación (como una batería) y algo que haga algo útil con la energía, llamado carga.

En un circuito, la electricidad fluye desde un punto de alto potencial energético (normalmente llamado fuente de tensión o +)  a un punto de bajo potencial energético. La tierra o masa (normalmente representado por el símbolo – o GND) es generalmente el punto de menos potencial del circuito. En los circuitos que construyas, la electricidad solo fluye en una dirección. Este tipo de circuitos se llaman de corriente directa, o DC. En corriente alterna (AC), la electricidad del circuito cambia su dirección 50 o 60 veces por segundo (depende de donde vivas). Éste es el tipo de electricidad que encontrarás en el enchufe de la pared.

Hay algunos términos con los que debes familiarizarte cuando trabajas con circuitos eléctricos:

Corriente: Es la cantidad de carga eléctrica que fluye por un punto específico del circuito. Se mide en amperios y se representa con el símbolo A.

Voltaje: Es la diferencia de potencial o energía entre dos puntos del circuito. Se mide en voltios y se representa con el símbolo V.

Resistencia: Es un componente que opone resistencia al paso de la corriente eléctrica. Se mide en ohmios y se representa con el símbolo Ω.

Una manera de imaginarse esto es pensando en una roca que cae por la ladera de una montaña. En el punto más alto de la pendiente, la roca tendrá más energía que cuando llegue al final de la misma. La altura de la montaña es como el voltaje de un circuito: el mayor voltaje se encuentra en la fuente de energía y es el máximo del que dispondrás. Cuantas más rocas tengas, más energía desciende por la ladera de la montaña. El número de rocas es equivalente a la corriente eléctrica del circuito. Las rocas van atravesando arbustos por la pendiente de la montaña, perdiendo energía en el proceso; la energía es utilizada para aplastar los arbustos. Dichos arbustos son las resistencias del circuito, ofreciendo resistencia al paso de la corriente y convirtiéndola en otras formas de energía.

Roca como metafora

Algunas cosas sobre circuitos

– Debe existir un camino cerrado entre la fuente de energía y el punto de menos energía para que un circuito funcione. Si no existe un camino tal que permita el paso de la corriente, el circuito no funcionará jamas.

– Toda la energía eléctrica será utilizada por los componentes del circuito. Cada componente convierte parte de la misma en otras formas de energía. En todo circuito, la totalidad de la tensión es convertida en otra forma de energía (luz, calor, sonido, etc.).

– En punto específico del circuito, el flujo de corriente que entra será igual al flujo que sale.

Fig 002

El punto 1 = punto 2 + punto 3 = punto 4

– La corriente eléctrica siempre busca el camino con menos resistencia para llegar a tierra. Entre dos caminos posibles, la mayor parte de la corriente irá por el que oponga menor resistencia. Si realizas una conexión entre la fuente de energía y tierra sin resistencia alguna, provocarás un cortocircuito y la corriente intentará seguir dicho camino. En un cortocircuito, la fuente de tensión y los cables convertirán  la energía eléctrica en luz y calor, normalmente en forma de chispas o explosiones.

¿Qué es una Protoboard?

Una Protoboard (placa de prototipos) es el primer lugar en donde se construyen los circuitos. En dicha placa, las líneas horizontales y verticales transportan electricidad a través de conectores metálicos situados bajo los agujeros de la capa de plástico. De esta manera, podremos conectar los componentes de nuestros proyectos y así probar la funcionalidad de los mismos antes de pasar a la construcción definitiva de nuestro circuito.

Fig 003

Fig 004

Nuestros primeros componentes

En este capítulo vamos a construir nuestro primer proyecto y para ello empezaremos por utilizar tres componentes básicos: un diodo led (de color rojo), una resistencia y un pulsador.

LED: Un led o diodo emisor de luz (Light-emitting diode), es un componente que convierte la energía eléctrica en energía lumínica. Los leds son componentes con polaridad, esto significa que solo dejan pasar la electricidad en una dirección. De las dos patillas que tienen los leds, a la más larga se le llama ánodo y se conecta al positivo de la fuente de alimentación. A la más corta se le llama cátodo y se conecta al polo negativo o tierra. Cuando al ánodo se le aplica corriente y el cátodo está conectado a tierra, el diodo led emite luz.

Simbolo electrico del diodo ledSímbolo eléctrico y fotografía de un diodo led

Resistencia: Es un componente que como su nombre indica, opone resistencia al paso de la corriente. Convierte parte de la energía eléctrica en calor. Si colocas una resistencia en serie con otro componente como por ejemplo un led, la resistencia se quedará parte de la energía eléctrica, dando como resultado que el diodo led recibe menos cantidad de energía. Esto ayuda a proporcionar a ciertos componentes la energía que necesitan. Por ejemplo, coloca una resistencia en serie con un led para asegurar que dicho diodo no recibe más energía de la que puede soportar. Sin una resistencia, el led brillará intensamente durante unos momentos, pero al poco rato se quemará.

Simbolo electrico de la resistenciaSímbolos eléctricos de la resistencia

Interruptor: Se encarga de interrumpir el paso de la corriente. Cuando el interruptor esta abierto, no fluye corriente por el circuito, cuando está cerrado, el circuito está completo y la corriente circula sin problemas. Existen diversos tipos de interruptores, los interruptores propiamente dichos y los pulsadores. Estos últimos son similares a los primeros, con la única diferencia de que solo dejan pasar la corriente mientras están siendo pulsados.

Simbolo interruptor y pulsadorSímbolo eléctrico de un interruptor y de un pulsador

Nuestro primer circuito con Arduino

Para nuestro primer circuito  con Arduino hay que tener en cuenta que solo disponemos de una fuente de alimentación. Cuando conectamos la placa a un puerto usb o a una fuente de alimentación de 9v, Arduino nos proporciona una tensión de 5v entre el pin 5v y el pin de tierra para alimentar nuestro circuito.

Figura 8

Si tenemos la placa conectada al ordenador a través de un cable usb o a una alimentación de 9v, debemos en primer lugar desconectarla antes de montar el circuito.

Bien, ahora vamos a empezar a montar el circuito en la Protoboard. Conectamos un cable rojo al pin 5v del Arduino y el otro extremo al final de una de las tiras largas de la Protoboard. Seguidamente, conectamos un cable negro al pin de tierra (GND) y el otro extremo a la línea adyacente de la Protoboard utilizada para el cable rojo. Es muy útil mantener cierta coherencia en la utilización de los colores de los cables  a la hora de construir los circuitos, como por ejemplo, usar los cables de color rojo para la alimentación y los negros para la conexión a tierra.

009

Ahora que ya tenemos conectada la alimentación de la Protoboard colocamos el pulsador en medio de la misma, sobre la línea central que la atraviesa. Tal como se muestra en la siguiente imagen.

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A continuación, cogemos una resistencia de 220Ω (código de colores: rojo, rojo, marrón) y conectamos uno de sus extremos al positivo de la alimentación y el otro a una de las patillas del pulsador.

Seguidamente, en la otra patilla del pulsador, conectamos el ánodo del diodo led (la patilla larga). Después, con la ayuda de un cable de color negro, conectamos el cátodo del led (la patilla corta) al negativo de la alimentación. El circuito debería quedar como en la imagen siguiente:

011

Ahora que ya tenemos montado el circuito vamos a hacerlo funcionar. Conectamos el cable usb a la placa Arduino y a nuestro pc y presionamos el pulsador que hemos puesto en la Protoboard. Si todo está bien conectado deberíamos ver como se enciende el led. ¡Genial! Hemos hecho funcionar nuestro primer circuito con una placa Arduino.

Bueno, ya hemos dado un paso más en nuestro camino para aprender a utilizar la placa Arduino. En el siguiente capítulo conoceremos los conceptos de componentes en serie o en paralelo, así como aprender a leer el código de colores de las resistencias. Son conceptos sencillos pero básicos si queremos proseguir. Espero que os sea de gran ayuda e interés.

Un saludo y muchas gracias por leer este artículo.  ^_^

Referencias

Artículo basado en el capítulo “Project 01 – Get to know your tools” del libro “Arduino Projects Book” distribuido por Arduino.cc junto con su “The Arduino Starter Kit“.

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