✅ OLED: SSD1306 ‘Fake in China’ & Sensor de proximidad para invidentes

Sensor de proximidad para invidentes

Construcción de un sensor de proximidad con Arduino, mostrando la información de la distancia en un display gráfico OLED de 0,96″. El display OLED que he utilizado es el SSD1306 y debería tener una resolución de 128×64 pixel, pero como en China ahorran por todas partes, el display muestra los gráficos con una resolución de 128×32… ¿50% de ahorro/estafa?.
Este sensor de proximidad incluye un avisador acústico, y podría ser muy útil como complemento del bastón guía para personas invidentes. En este caso no sería imprescindible instalar el display, y la autonomía de la batería sería mayor.

Medir la distancia por ultrasonidos

Utilizar un sensor por ultrasonidos para medir distancias con precisión no es lo más adecuado, pero puede ser de gran ayuda si se utiliza para detectar obstáculos cercanos. Este sensor podría utilizarse como ayuda al aparcamiento de un coche, aunque hay otros sensores más adecuados (capacitivos, ópticos), porque las cápsulas piezoeléctricas no están pensadas para trabajar en la intemperie. El uso más adecuado para este sensor sería montarlo en un equipo portátil, y utilizarlo como avisador de obstáculos cercanos para personas invidentes (podría utilizarse como complemento del bastón guía).

Sensor HC-SR04

El sensor de ultrasonidos HC-SR04 se puede comprar por menos de 1 dólar en Internet, y tiene un alcance aproximado de 4 metros y medio.

Sensor HC-SR04

Para ver la medida de la distancia he utilizado un diminuto display gráfico de 128×64 pixel, el modelo SSD1306, con  tecnología OLED.

Oled: SSD1306

Este circuito incluye un zumbador piezoeléctrico para realizar avisos acústicos de los objetos más próximos (imprescindible para invidentes).

Esquema: Detector de proximidad

El zumbador empezará a sonar de forma intermitente cuando haya objetos a partir de una distancia de 60 cms., y se irá acelerando la cadencia a medida que se acorta la distancia con el obstáculo. Este sonido intermitente se convertirá en continuo, cuando la distancia del obstáculo esté a 5 cms. o menos del sensor.

Resolución del display SSD1306

El display OLED SSD1306 que he utilizado en este montaje lo compré por Internet, y me ha llegado con ‘sorpresa’. El display incorpora un controlador gráfico de 128×64 pixel de resolución, el cuál controla el encendido de un display OLED de 128×32 pixel. Esto supone un 50% de pérdida de resolución, o visto de otra forma, es necesario enviar al display el doble de la información que va a presentar. Cuando el display muestra textos o números utilizando su font de caracteres, sólo se puede apreciar el problema cuando el tamaño de letra es 1. El problema es que si se carga un gráfico en memoria, se pierde un 50% de su resolución, y se pierde la fidelidad del gráfico por la pérdida de puntos. Observa en la imagen siguiente, que la altura en pixel de los caracteres es la mitad de la que debería ser, teniendo en cuenta que el direccionamiento del cursor si es el correcto.

Resolución SSD1306

 

El proceso que he seguido para cargar el gráfico, ha sido convertir la resolución del archivo original de 128×64 pixel a 128×32, luego corregir con un editor de dibujo los detalles más visibles (Paint o similar), y volver a redimensionar el gráfico a 128×64 pixel para poder utilizarlo en este display sin perder fidelidad.

Si utilizas un display con una resolución correcta (128×64), este último paso no lo tienes que hacer.

Programar gráficos en el display

Si quieres generar tu propio gráfico para que aparezca en el display, puedes sustituir el código del gráfico que yo he puesto por el tuyo. Para crear este código a partir de una imagen BMP,  la forma mas sencilla de hacerlo es mediante el software: LCD Assistant

Software: LCD Assistant

Firmware

El código de programación de este sensor de proximidad,  se puede descargar desde el siguiente enlace: Sensor de proximidad

✅ Fuses Arduino & Dado electrónico

Construcción de un dado electrónico con Arduino, modificando la configuración (fuses) para que funcione con su oscilador interno de 8 MHz. El dado electrónico se controla con un ATmega8A, alimentado con una batería de 3,7V y gobernado con el pulsador táctil capacitivo TTP223.

Cargador USB con sensor táctil

Programar con ARDUINO

Arduino es una plataforma de desarrollo con código abierto, y dispone de librerías para controlar infinidad de sensores y dispositivos sin apenas tener que escribir código. Esto facilita a cualquier aficionado a la electrónica, para que pueda realizar diseños a medida sin apenas tener conocimientos de programación.  Como consecuencia, Arduino ha tomado una gran popularidad, y actualmente se puede encontrar código abierto para realizar cualquier proyecto que se nos ocurra. A pesar de esto, Arduino es mucho más potente y versátil del uso que normalmente se le está dando, porque la potencia y versatilidad de los procesadores ATmega es muy superior al uso que normalmente se le está dando.

Esquema: Arduino UNO (v3)
Esquema: Arduino UNO (v3)

El IDE de Arduino facilita mucho la programación de un microprocesador ATmega, porque sólo es necesario seleccionar la placa de desarrollo con la que se está trabajando (UNO, Mega, Leonardo) y el IDE se encarga de grabar todos los parámetros de configuración y adaptar el código escrito cuando se realiza la compilación y se programa. En la mayoría de los casos esto es suficiente, pero es posible avanzar un poco más y sacar más provecho en los montajes, reduciendo el tamaño y costo de los componentes. El primer paso sería montar el micro controlador, una vez programado, en un PCB aparte y montar únicamente los periféricos que fueran necesarios. Pero si queremos realizar un proyecto de tipo profesional y venderlo, tendremos que modificar los parámetros de configuración para evitar que alguien pueda leer el código y realizar copias. La manera más fácil de cambiar la configuración de un ATmega, es utilizar AVRDUDE y ejecutar las órdenes a través de la ventana de comandos del PC.

✅ ARDUINO a fondo… no te lo pierdas!!!

Dado electrónico con sensor táctil

Como la mejor forma de aprender algo es hacerlo, he contruido un dado electrónico con un ATmega8A, funcionando con su oscilador interno de 8MHz.

Dado con sensor táctil

Para programar el ATmega8A he utilizado una placa de desarrollo Arduino UNO, haciéndola funcionar como programador ISP. Como el código del programa está escrito en el IDE de Arduino, la compilación la hará para funcionar con un oscilador a cristal de 16 MHz. Lo primero que hay que tener en cuenta para que todo funcione correctamente, es reducir los retardos que hayamos definido en el programa a la mitad, porque cuando cambiemos la configuración del microprocesador para que funcione a 8 MHz, los valores de retardo que hayamos escrito durarán el doble.

Programando FUSES de ATmega8A

Una vez programado el microprocesador, sin desmontarlo del zócalo de programación, abriremos la ventana de comandos de Windows en el PC, y modificaremos la configuración (fuses) del ATmega8A / ATmega328P ejecutando AVRDUDE. Los argumentos que tenemos que añadir al ejecutar AVRDUDE, dependerán del tipo de microprocesador ATmega que estemos programando, y el puerto COM con el que se haya conectado el PC con Arduino.

Ejemplo: ATmega8A en COM3

avrdude -c arduino -p m8 -P COM3 -b 19200 -U lfuse:w:0xe4:m -U hfuse:w:0xd9:m

Ejemplo: ATmega328P en COM3

avrdude -c arduino -p m328p -P COM3 -b 19200 -U lfuse:w:0xe2:m -U hfuse:w:0xd9:m

Firmware

El código de programación de este dado electrónico,  se puede descargar desde el siguiente enlace: Dado electrónico con sensor táctil

 

✅ Programar sistema horario 12/24 (assembler)

Programación de un reloj LED, para que pueda mostrar la hora en cualquier formato (12h-24h). Esta modificación se realiza en un ‘Reloj-Fecha-Cronómetro-Temperatura‘ con 4 dígitos de 7 segmentos LED, de control serie. El controlador de este reloj está construido a partir del microprocesaror AT89S52, con encapsulado de 44 pines (SMD).

Sistema horario

El sistema horario de 24 horas es una convención de medición del tiempo, en la que el día se contabiliza de medianoche a medianoche. Con formato de 24 horas, las horas se empiezan a contar a partir de la medianoche, y se presenta con los números comprendidos entre el 0 y 23.

Sistema horario de 12/24 horas

El sistema de 24 horas es el más utilizado en la actualidad, y el sistema de 12 horas se utiliza principalmente para la comunicación oral, porque es más intuitivo. A pesar  de que el sistema de 24 horas es el más usado en comunicaciones escritas, en algunos países lo denominan como horario militar o astronómico, y prefieren realizar la presentación de la hora utilizando el sistema tradicional de 12 horas.

Esta actualización se realiza en el Reloj SMD que mostré anteriormente:

Construye un Reloj SMD

Planteamiento al programar el reloj

Cuando se programa el firmware de un reloj, es importante saber si el display de presentación es multiplexado o no, así como el valor de tiempo mínimo a mostrar.

  • Cuando el display es multiplexado, el microprocesador tiene que enviar la información con una cadencia mucho más rápida,  siempre superior a la persistencia del ojo humano. Si se quiere evitar el efecto de parpadeo, la frecuencia de refresco del display debería ser como mínimo de 50 Hz.
  • La cadencia de lectura de la información horaria debe ser igual o superior al valor del tiempo mínimo que se quiera mostrar en el display. Si el reloj muestra décimas de segundos, el microprocesador tendría que leer la información del chip RTC con una cadencia mínima de 1/10 segundos, cada 100 mSeg.

Funcionamiento del reloj

A pesar de que el Reloj SMD no es multiplexado, porque la presentación se realiza enviando los datos en serie (registro de desplazamiento), lo he programado con una frecuencia de refresco muy alta.

CPU: Reloj SERIE

Display: Reloj SERIE

Esto lo hice así, porque utilicé la estructura de programa del reloj de esfera rotante FC-209, el cuál si era multiplexado.

Reloj LED con 2 alarmas

Antes de presentar la hora en el display por primera vez, el microprocesador tiene que leer la información del chip RTC (DS1302). Y si el reloj muestra segundos, la lectura se debería hacer que como mínimo una vez por segundo.

Frecuencia de refresco del display

Aprovechando las prestaciones y velocidad del microprocesador que he utilizado, decidí insertar la rutina de lectura del chip DS1302 (RTC) dentro de la rutina de refresco del display. Como se puede ver en la gráfica anterior,  la lectura se está haciendo con una cadencia de 926 veces por segundo.

Actualización del firmware

La nueva actualización del Reloj SMD, la puedes descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace:

J_RPM_v2_RELOJ_SERIE.HEX

Con esta actualización es posible configurar el sistema de presentación horaria en el display, pudiendo elegir el sistema de 12/24 horas.  Para incorporar esta función, he utilizado el método más sencillo de hacerlo: Internamente todo funciona en modo 24 horas, y dependiendo del modo en el que se deba mostrar la hora, el programa pasará o no a través de las rutinas de conversión a formato de 12 horas. Y esto lo hará sólo  antes de enviar la hora al display, porque los menús de configuración siempre mostrarán la hora utilizando el formato de 24 horas. Así no será necesario modificar los menús de configuración, ni cambiar el sistema horario del chip DS1302 (RTC). A continuación os muestro el código que he añadido en esta actualización.

Rutinas de programación en assembler

Funcionamiento de la subrutina: ValAB

Funcionamiento de la rutina Val_AB

Menús de configuración

Los menús de configuración de esta versión (v2), no cambian con respecto a la  versión anterior (v1). En esta versión aparece un nuevo menú, y es para configurar el sistema de presentación horaria (12/24) del reloj.

Menús de configuración del reloj