✅ 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.

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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

 

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Configuración de un ATmega8A para hacerlo funcionar en un Arduino UNO. Si utilizas Arduino, te aconsejo que no te pierdas este artículo, porque encontrarás la información que necesitas para saber cómo funciona y esclarecer algunas dudas.

Programador ISP, con Arduino UNO

Contenido

Descripción comparativa entre el ATmega8A y el ATmega328P (capacidad de memoria, rango de tensiones, frecuencia máxima de trabajo). Configuración del IDE de Arduino (software de programación) y sus diferentes modos de funcionamiento. Convertir un Arduino UNO en programador ISP, cunstruyendo un ‘shield’ con zócalo de 28 pines, para programar cualquier ATmega compatible… y en el video final encontrarás las explicaciones, consejos y algunos trucos.

ATmega328P / ATmega8A

El  microprocesador ATmega8A tiene una arquitectura muy parecida al ATmega328P, ambos son AVR, aunque existen algunas diferencias en cuanto a sus prestaciones.

Esquema de bloques: ATmega8A

Esquema de bloques: ATmega328P

El ATmega8A podría utilizarse en la placa de desarrollo de Arduino UNO en sustitución del ATmega328P, siempre que se tengan en cuenta sus limitaciones.

Comparativa: ATmega328P / ATmega8A

Ambos circuitos integrados son compatibles en cuanto a su encapsulado conexiones y funcionamiento, de hecho el ATmega8A es uno de los primeros microprocesadores que se empezaron a utilizar con Arduino. Antes de montar un ATmega8A en la placa de desarrollo Arduino UNO, habría que programar su Boot Loader, y colocarlo en el lugar adecuado de su memoria Flash.

Boot Loader

El Boot Loader es el mecanismo de auto programación que permite cargar y descargar el código del programa desde el propio micro controlador. Esta característica permite que las actualizaciones del software sean controladas por el propio micro controlador, y esto lo hace  utilizando un pequeño programa de arranque, llamado Boot Loader…  y este ocupa una pequeña parte de la memoria Flash.

El Boot Loader o cargador de arranque, puede utilizar cualquier interfaz de datos y protocolo para leer y escribir el código del programa, tanto el de la memoria Flash como el de la memoria de programa.

Boot-Loader ARDUINO

El código del programa alojado en la sección del Boot Loader tiene la capacidad de escribir en toda la Flash, incluido el propio gestor de arranque de memoria. O dicho de otra manera, el Boot Loader tiene la capacidad de modificarse y borrarse a sí mismo.

El tamaño de la memoria del Boot Loader se puede configurar mediante el estado de unos bits denominados ‘fusibles’, y dispone de dos conjuntos separados, aparte de los bits Boot Lock (bits de bloqueo), los cuales permiten seleccionar los diferentes niveles de protección del micro procesador.

Fusibles en una memoria PROM

Secciones de la memoria FLASH

La memoria flash está organizada en dos secciones principales, la sección de la aplicación y la sección del cargador de arranque. El tamaño de las diferentes secciones está configurado por los fusibles BOOTSZ. Estas dos secciones pueden tener diferentes niveles de protección, ya que tienen diferentes conjuntos de bits de bloqueo.

Sección de la aplicación

La sección de la aplicación se encuentra dentro de la memoria Flash, y es la que se utiliza para almacenar el código principal del programa. Los  niveles de protección para la sección de la aplicación se configuran con los bits del Boot Lock. Dentro de la sección de la aplicación no se puede almacenar ningún código del cargador de arranque, ya que la instrucción SPM quedaría deshabilitada cuando se ejecuta esta sección.

BLS – Sección del cargador de arranque

Si bien la sección de la aplicación se utiliza para almacenar el código de principal del programa, el software del Boot Loader debe almacenarse dentro de la sección de arranque (BLS), ya que la instrucción SPM sólo puede iniciar una programación cuando se ejecuta desde el sector de arranque (BLS). La instrucción SPM puede acceder a todo el contenido de la memoria Flash, incluso al propio  sector de arranque (BLS). El nivel de protección para la sección Boot Loader puede seleccionarse mediante los bits de bloqueo del cargador de arranque.

Secciones de lectura sin escritura y sin lectura mientras se graba

Si la CPU admite la lectura mientras escribe (Read-While-Write) o si la CPU se detiene durante un software Boot Loader, la actualización depende de la dirección que se está programando. Además de las dos secciones, que son configurables mediante los fusibles BOOTSZ, la memoria Flash también se divide en dos secciones fijas: la sección leer mientras se escribe (RWW) y la sección sin lectura mientras se escribe (NRWW). El límite entre las secciones RWW y NRWW depende del modelo de micro controlador que se utilice.

La principal diferencia entre las dos secciones es:

  • Al borrar o escribir dentro de la sección RWW, la sección NRWW puede leerse durante la operación.
  • Al borrar o escribir dentro de la sección NRWW, la CPU se detiene hasta que finalice el proceso.

El software del usuario no puede leer ningún código que se encuentre dentro de la sección RWW durante la ejecución del sector de arranque.

El significado de leer mientras escribe (Read-While-Write) se refiere a cuando se borra o escribe en la memoria, es decir, cuando se está programando. Y esto no es posible hacerlo cuando se está ejecutando el gestor de arranque.

RWW – Sección de lectura mientras se escribe

Cuando se actualiza el programa con el Boot Loader y se está cargando código dentro de la sección RWW, es posible leer código del Flash, pero solo el código que se encuentra en la sección NRWW. Durante un proceso continuo de programación, el software debe garantizar que la sección RWW nunca se lea. Si a través de software se intentara leer dentro de la sección RWW durante la programación, el software podría terminar en un estado desconocido. Para evitar esto, las interrupciones tienen que deshabilitarse o moverse dentro de la sección del Boot Loader,  porque la sección Boot Loader siempre se encuentra en sección NRWW.

NRWW – Sección sin lectura mientras se escribe

El código ubicado en la sección NRWW se puede leer cuando el software Boot Loader está programando la sección RWW. Cuando el código Boot Loader programa la sección NRWW, la CPU se detiene hasta que termine la operación.

Bits de bloqueo del cargador de arranque (Boot Loader)

Cuando no se programa el Boot Loader, toda la capacidad de la memoria el Flash queda disponible para el programa. El cargador de arranque tiene dos conjuntos separados de bits de bloqueo, los cuales se pueden configurar de forma independiente y permiten diferentes niveles de protección.

Modos de protección contra una posible actualización realizada a través del micro procesador

  • Proteger la escritura en toda la memoria Flash
  • Proteger la escritura sólo en la sección del cargador de inicio (Boot Loader)
  • Proteger la escritura sólo en la sección Flash del programa
  • Permitir la actualización del software en toda la memoria Flash

Bits de bloqueo

Los bits de bloqueo o protección (Boot Lock) se pueden configurar en ambos modos de programación, tanto serie como paralelo, pero solo pueden borrarse cuando se borra toda la memoria. El bloqueo de escritura general  no controla la programación de la memoria flash mediante instrucción de auto programación (SPM). Del mismo modo, el bloqueo de lectura / escritura general no controla la lectura ni la escritura por LPM / SPM.

Si necesitas saber las posibles configuraciones de algún micro-controlador AVR, puedes consultar en esta Web: http://www.engbedded.com/fusecalc/

Desde aquí puedes realizar una configuración, calcular los valores en hexadecimal y copiar los argumentos de la cadena que le tendrías que añadir a la aplicación AVRDUDE, para programar los fusibles del micro-controlador.

SPM – Self-Programming Mode

El modo de auto programación (SPM) es una función que permite que un micro controlador programe su propia memoria flash. Usando el SPM, un micro controlador puede programarse con un nuevo código SPM. El modo de auto programación (SPM) se usa comúnmente con los códigos de cargador de arranque del micro controlador que ayudan a su programación en serie. El SPM está disponible solo para el código que se ejecuta en el Boot Loader (BLS) de la memoria flash. Con la ayuda de SPM, un código en el Boot Loader puede reescribir la memoria flash de la aplicación por completo o una parte de ella. Incluso puede reescribir su propio código en la sección BLS.

El modo de auto programación (SPM) es un factor clave del código Boot Loader, ya que su principal función es la de cargar el programa dentro de la sección destinada a la aplicación de la memoria flash. El Boot Loader puede recibir el código binario de otros chips de memoria, tarjetas SD o a través del puerto serie del micro controlador en caso de programación en serie. Es entonces con la ayuda de modo de auto programación (SPM)  que el micro controlador escribe el código binario en la sección flash de la aplicación.

Programador ISP con Arduino UNO

El IDE (Integrated Development Environment) de Arduino dispone de un código en la sección de los ejemplos: Archivo – Ejemplos – 11.ArduinoISP, que permite convertir la placa de desarrollo de Arduino en un programador ISP. Este código puede controlar el encendido de 3 diodos LED, para indicar su estado de funcionamiento durante la programación.

Esquema: Programador ISP

Funcionamiento del programador

Fluctúa la iluminación de uno de sus indicadores LED cuando el programador está disponible (LED azul), muestra otra indicación durante la  escritura (LED amarillo), y  también puede mostrar la indicación de error (LED rojo).

He añadido un cuarto LED al circuito, conectando un diodo LED en la línea SCK (LED verde). Esta señalización nos permite saber si un micro-controlador tiene cargado el Boot-Loader:

…al pulsar el botón RESET del programador, el LED verde (conectado a la línea SCK) debería parpadear durante un instante. 

Autoprogramación

La memoria del programa se actualiza  página por página (64 palabras en ATmega328P / 32 palabras ATmega8A). Antes de programar una página con los datos almacenado en el buffer de página temporal, la página debe borrarse. El buffer de página temporal se llena uno palabra a la vez usando SPM y el buffer se puede llenar antes del comando de borrado de página o entre una página borrada y una operación de escritura de página:

Alternativa 1. Llenar el buffer antes de borrar una página

  • Rellenar el buffer temporal de la página
  • Realizar un borrado de página
  • Realizar una escritura de página

Alternativa 2. Completar el buffer después de borrar la página

  • Realizar un borrado de página
  • Rellenar el buffer temporal de la página
  • Realizar una escritura de página

Analizador acústico con ARDUINO

Construcción de un analizador acústico con Arduino. La información se presenta de forma gráfica, en un display LCD de 16×2 caracteres. Como ecualizador gráfico se puede utilizar el circuito integrado MSGEQ7 o el MSGEQ5, dependiendo del número de bandas de audio que queramos mostrar. Este circuito se puede montar de forma independiente, previamente programando el ATMEGA328P con la placa de desarrollo de Arduino. Una vez programado, mediante la posición de un jumper se puede configurar para que muestre 5 o 7 bandas… montando previamente el circuito integrado ecualizador correspondiente.

Utilidad de un analizador acústico

Este analizador acústico no puede competir con un equipo profesional, pero podría ser muy útil para acondicionar la acústica de un salón de actos o sala de conciertos improvisada. Comprobando la respuesta en frecuencias y volumen de escucha en diferentes puntos, se podrían corregir los defectos reorientando los altavoces/bocinas, ecualizando la respuesta de los amplificadores, etc.   Por otra parte, como este analizador de audio es de bajo costo y no requiere de conocimientos especiales para montarlo, podría ser muy instructivo realizarlo como práctica en escuelas relacionadas con la formación en las ramas de electrónica y tecnología.

Ecualizador gráfico de 5/7 bandas

Este montaje está basado en el circuito integrado MSGEQ5 / MSEGQ7,  ecualizador gráfico de audio  de 5 y 7 bandas respectivamente.  Dentro de un pequeño encapsulado DIL de 8 pines, se encuentra todo lo necesario para obtener a su salida los valores de energía a diferentes frecuencias,  a partir de la señal de audio en su entrada (descomposición espectral).

MSGEQ5 - Analizador de 5 bandas

Como se puede ver en la imagen anterior,  el MSGEQ5  analiza los valores comprendidos entre 100 y 10.000 Hz. Este rango es más que suficiente para conocer la respuesta en frecuencias de cualquier entorno. Pero si queremos analizar con más detalle los extremos de la zona audible, graves más bajos y agudos más altos, sería mejor utilizar el MSGEQ7.

MSGEQ7 - Analizador de 7 bandas

Como se puede comprobar comparando los datos entre ambos componentes,  son compatibles tanto en conexiones como características técnicas. Lo único que cambia es la gestión de los datos,  pero el protocolo es el mismo.  Con el MSGEQ5 tendremos que tomar y asignar los valores leídos de 5 en 5, y con el  MSGEQ7 lo haremos en grupos de 7 (número de bandas). Aprovechando estas características, es muy fácil construir un circuito que permita trabajar con ambos componentes.

Analizador acústico de 5/7 bandas

 

Este montaje lo puedes hacer siguiendo el esquema anterior, o utilizando la placa de desarrollo de Arduino junto con el Shield LCD, desarrollado para Arduino UNO.

Escala gráfica

La escala de las barras gráficas que muestra el display no es logarítmica, como lo harían la mayoría de los analizadores de audio. Con el fin de obtener un efecto visual más pronunciado, la gráfica que muestra el display  traduce los valores de tensión en cada banda de forma lineal.

Escalado lineal de las medidas

Si prefieres cambiar la escala, sólo tienes que modificar los valores de la tabla (resaltadas en color  amarillo), editando el código antes de programar el microprocesador ATMEGA328P con Arduino.

Firmware

El código de programación de este analizador acústico,  se puede descargar desde el siguiente enlace: Analizador acústico

Medir la sensación térmica

Construcción de un medidor de humedad, temperatura real y la sensación térmica. Para este montaje voy a utilizar el sensor de temperatura y humedad DHT11, y como controlador utilizaré Arduino. La sensación térmica describe el grado de incomodidad que el ser humano percibe, como resultado de la combinación de la temperatura, humedad y el viento. La humedad, junto con la velocidad del aire hacen que la sensación de frío sea mayor en invierno, y la sensación de calor más intensa en verano.

Sensor DHT11

La temperatura y la sensación térmica

Es habitual que nos fijemos en la temperatura que muestra un termómetro, y rápidamente asociemos el valor que hemos leído con la sensación de frío o calor que vamos a sentir. Sin embargo, la sensación térmica varía en función de otros factores, como son la humedad relativa del aire y su velocidad.

Regulación térmica

El cuerpo humano intenta mantener su temperatura corporal a un valor constante, alrededor de los 37ºC y la piel es el principal órgano encargado de regular la temperatura:

  • Cuando aumenta la temperatura del cuerpo, se dilatan los vasos sanguíneos y aumenta el flujo de sangre por la piel, y la piel en contacto con el exterior hace de radiador y se reduce la temperatura. Si el calor es excesivo, se abren los poros y se comienza a sudar. El sudor es un método de enfriamiento muy efectivo, porque su evaporación provoca un enfriamiento mucho más rápido.

Sudor y humedad

  • Cuando el cuerpo se enfrí­a, los vasos sanguí­neos se contraen y el flujo sanguíneo se reduce. Los músculos son estimulados para generar más calor, pudiendo llegar a provocar temblores involuntarios. Así  el cuerpo puede aumentar su temperatura rápidamente en caso de necesidad.

En definitiva, la piel humana es el sensor que detecta las diferencias de temperatura entre el cuerpo y el ambiente, para reaccionar en consecuencia. Si tenemos en cuenta que la temperatura de la piel se mantiene alrededor de los 32ºC, la sensación térmica variará de forma más brusca, cuando más nos alejemos de dicho valor y dependerá de la humedad y velocidad del aire exterior.

Sensación térmica: Humedad/Temperatura

La sensación térmica describe el grado de incomodidad que el ser humano percibe, como resultado de la combinación de la temperatura, humedad  y el viento. La humedad, junto con la velocidad del aire hacen que la sensación de frío sea mayor en invierno, y la sensación de calor más intensa en verano.

Gráfica: sensación térmica

 

La humedad en verano y en invierno

  • En verano, con temperaturas altas, un exceso de humedad en el ambiente impide que el sudor se evapore de forma eficiente, provocando una sensación de calor más alta.
  • En invierno, con temperaturas bajas, un exceso de humedad en el ambiente provoca una hidratación mayor de la piel, condensando partículas de agua en la superficie como si fuera sudor, y su evaporación provoca una sensación de frío mayor que la que muestra el termómetro

Si queremos saber el grado de frío o calor, sobre todo en las regiones de climas húmedos, es mucho más útil conocer la sensación térmica que la temperatura. La humedad relativa del aire, representada con las siglas HR o la letra griega Φ (fi), es la concentración de vapor de agua en el aire.

Una vez corregido el valor de temperatura con la sensación térmica debido a la humedad, si además hay viento con una velocidad superior a 12,5 km/h, habría que aplicar al valor obtenido una nueva corrección.

Sensación térmica con viento

La corrección con el viento es mucho menor que la provocada por la humedad. Como se puede ver en la gráfica anterior,  la sensación de calor aumenta a partir de 34ºC  y también disminuye a partir de ese mismo valor.

Medir la sensación térmica

La construcción de un medidor que muestre el valor de la sensación térmica, es sencilla y de bajo costo. Con Arduino el código de programación es muy corto, y además las fórmulas de corrección ya están incluidas dentro de las librerías del sensor DHTxx. Para este montaje utilicé el sensor DHT11, pero si se requiere una mayor precisión, es mejor utilizar el DHT22. El controlador de este medidor está hecho con Arduino, y la presentación de los valores se muestra en un display LCD de 2×16 caracteres. Todo el conjunto se podría fabricar sin tener que soldar ningún componente, utilizando un Arduino UNO junto con su ‘Shield LCD‘. El sensor de temperatura/humedad se puede conectar con terminales de conexión en la tarjeta Arduino, porque el sensor DHT11 se puede comprar montado en una pequeña placa PCB, en la que lleva montada una resistencia Pull-Up y el condensador de desacoplo para la alimentación. La alimentación de todo el conjunto es de 5 VDC, por lo que se podría utilizar cualquier cargador USB que tengamos en casa.

También puedes optar por hacer un montaje independiente, sin la placa de desarrollo de Arduino.  Así  te saldrá todo más barato y su tamaño será menor:

Esquema del medidor de temperatura, humedad y sensación térmica

Firmware (v1)

El código de programación de este medidor, junto con la librería de control necesaria para el sensor DHTxx, se puede descargar desde el siguiente enlace: Temperatura y humedad

Descargar fichero .stl

Thermometer showing the thermal sensation

El medidor de temperatura y humedad lo puedes montar dentro de en una pequeña caja de plástico  (100 x 60 x 25 mm), incluyendo dentro su propia fuente conmutada de 5VDC. Los detalles de este montaje, los puedes ver en el siguiente video:

Sensación y conductividad térmica

¿Por qué tiene tan mala respuesta a la temperatura el sensor DHT11?. El problema es que el sensor de temperatura DHT11 está encerrado dentro de una jaula de plástico, por lo que su conductividad térmica entre el exterior y el sensor es mala, y esto provoca que su tiempo de respuesta sea lento. Para corregir este fallo, he montado un segundo sensor de temperatura en el termómetro. He utilizado el sensor DS18B20 con encapsulado metálico para medir la temperatura, dejando el sensor DHT11 para medir la humedad y calcular la sensación térmica.

Tiempo de respuesta de un sensor

La respuesta en el tiempo de un sensor de temperatura depende de la conductividad térmica del material utilizado entre el elemento a medir (aire, líquido) y el sensor de temperatura. Como norma general, los materiales mas conductivos eléctricamente, también lo son térmicamente.

Conductividad térmica de algunos materiales

Utilizar un sensor de temperatura con encapsulado metálico, es una buena elección cuando se necesita obtener una respuesta rápida en la medida.

Tabla: Conductividad eléctrica y térmica

Aunque esto no siempre es imprescindible y hay veces que es mejor utilizar un sensor de respuesta más lenta, con el fin de mostrar la temperatura ambiente y evitar que se muestren cambios bruscos debido a una corriente de aire frío o caliente  ocasional.

Conductividad térmica

El sensor de temperatura y humedad DHT11 es de respuesta lenta y muy válido para mostrar la temperatura en zonas abiertas, pero no es el más adecuado para medir valores en recintos pequeños (sauna, cámara frigorífica, caldera).

¿Es útil el montaje anterior?

Dependiendo del uso que le quieres dar al medidor de temperatura ambiente, tendrás que elegir el sensor de temperatura que mejor se adapte al entorno. Si quieres mostrar la temperatura en un espacio abierto, el montaje anterior te podría servir. Pero si lo quieres para hacer medidas rápidas, o para mostrar los valores dentro de en un recinto pequeño, es aconsejable añadir al esquema anterior un segundo sensor de temperatura con encapsulado metálico.

Temperatura, humedad y sensación térmica con dos sensores.

Firmware (v2)

El código de programación del medidor con doble sensor, se puede descargar desde el siguiente enlace: Temperatura y humedad (v2)

 

 

Vúmetro RGB con ARDUINO

Construcción de un vúmetro LED RGB, controlado por Arduino. Este montaje consiste en un par de tiras RGB de un metro, con 30 LED SMD de tipo inteligente (WS2812) cada una. Este tipo de diodos incluye en su interior su propio controlador. Los diodos WS2812 disponen de una entrada de datos, la salida y los dos pines de alimentación. La información se transmite en serie, desplazando los datos de un pixel hacia el siguiente, y cada pixel utiliza 24 bit de información… 8 bit por cada color (RGB). El control de este vúmetro LED se realiza con Arduino. Micrófono amplificadoEl sonido se capta mediante un micrófono amplificado, de manera que no es necesario realizar ninguna conexión eléctrica entre el reproductor de audio y el vúmetro. Para facilitar el uso de este vúmetro en cualquier lugar, la alimentación de 5V se suministra con el módulo ‘Step Down-ConverterMP1584. De esta manera es posible alimentar este vúmetro con cualquier alimentador de continua, entre 6 y 28 voltios. Así podría utilizarse también dentro del coche, alimentado desde los 12V de la batería, y mostrar los efectos luminosos al ritmo del sonido del auto radio.

Tiras LED WS2812

Existen varios tipos de tiras LED RGB, pudiendo elegir la separación entre diodos y el grado de protección IP. Cuanto mayor sea el número de diodos LED por metro, mejor será el efecto luminoso que se pretenda mostrar (mayor resolución y brillo), pero el consumo también será mayor. Dependiendo del lugar donde se vayan a instalar las tiras LED, podremos elegir un grado de protección IP. El acabado IP67 permite utilizar estas tiras LED a la intemperie, protegiendo todos sus componentes electrónicos contra el agua y el polvo. Los consumos que se muestran en la tabla siguiente, son consumos máximos (cuando se encienden los tres colores de cada pixel a máximo brillo).

Las tiras LED WS2812 necesitan 3 hilos de conexión, 2 para la alimentación y 1 para datos. Las tiras LED se pueden cortar al tamaño que se necesite, y también se pueden ampliar juntando la salida de una de ellas con la entrada de otra. Cuando se vayan a utilizar tiras de gran tamaño, es importante conectar los hilos de alimentación con cable en varios puntos. Así se evitará la caída de tensión a lo largo de la línea, lo que provocaría un cambio de color y brillo sobre el color que se pretenda mostrar.

Conexiones tiras WS812

Descripción del circuito

Este vúmetro LED no necesita una conexión eléctrica con la fuente de sonido, facilitando así su uso y pudiendo mostrar efectos luminosos al ritmo del sonido de una sala, dentro de un coche, etc.. El sonido se capta por un micrófono de tipo ‘Electret‘, el cual se amplifica con un operacional, hasta conseguir el nivel necesario para excitar la entrada analógica del micro-controlador de Arduino ATMEGA328P .

En el esquema se muestra el montaje del micrófono y el amplificador operacional, pero también podría utilizarse un módulo SMD ya montado, el cuál se vende para el uso con Arduino, y conectar su salida de audio con la entrada A0 de Arduino. Para facilitar el uso de este vúmetro en cualquier lugar, la alimentación de 5V se suministra con el módulo ‘Step Down-ConverterMP1584.

Construcción del vúmetro

El circuito de control del vúmetro lo he montado en una placa de circuito impreso de tipo universal.

CPU: Vúmetro RGB

Posteriormente fabriqué una caja con metacrilato, haciendo la serigrafía con la CNC.

Vúmetro RGB: Módulo de control

A continuación se muestra el vúmetro LED funcionando.

Vúmetro RGB en pruebas

Firmware ARDUINO

El código de Arduino que he utilizado para este proyecto lo conseguí como un comentario en Internet. No conozco el autor del código, y por eso no figura su nombre en la cabecera. Este código, junto con la librería de control necesaria para el WS2812, se puede descargar desde el siguiente enlace: Vúmetro RGB

Baliza RGB con ARDUINO

Construcción de una baliza LED RGB, controlada por Arduino. Este montaje consiste en un anillo formado por 16 LED SMD de tipo inteligente (WS2812). Este tipo de diodos incluye en su interior su propio controlador. Los diodos WS2812 disponen de una entrada de datos, la salida y los dos pines de alimentación. La información se transmite en serie, desplazando los datos de un pixel hacia el siguiente, y cada pixel utiliza 24 bit de información… 8 bit por cada color (RGB). El control de este anillo LED se realiza de forma muy sencilla, ya que Arduino dispone de unas librerías específicas para su control y además ejemplos.

Pruebas de la baliza RGB

Esquema de montaje

El esquema de montaje es muy simple, porque este módulo se controla con un solo hilo. El montaje lo podríamos realizar utilizando una placa de desarrollo de Arduino, pero es mucho más barato montar los componentes necesarios y el micro-controlador ATMEGA328P,  una vez programado, en un circuito impreso adicional.

Esquema: Baliza RGB

A continuación se puede ver el montaje del módulo de control de esta baliza RGB, utilizando un circuito impreso de tipo universal.

CPU: Baliza RGB

Montaje: Baliza RGB

Sellado de la baliza RGB

Con el fin de poder utilizar esta baliza en la intemperie, se rellena con adhesivo termo-fundible las dos placas de circuito impreso (CPU y anillo LED).  La zona central se oscurece con pintura de color negro mate en spray. El anillo LED se protege también con el mismo adhesivo, pero sin pintarlo.

Sellado de la baliza RGB

Alimentación

Esta baliza LED RGB se alimenta con 5V. El  consumo podría ser elevado, porque cada diodo LED consumo 20 mA. a máximo brillo. Si multiplicamos esos 20 mA por los 3 diodos que contiene cada pixel RGB y luego por los 16 pixeles que contiene este anillo, podríamos tener un consumo máximo de 20x3x16 =  960 mA. Este consumo nunca lo alcanzaremos, porque esta baliza produce efectos luminosos cambiando colores, y nunca estarán todos los diodos LED encendidos a máximo brillo y al mismo tiempo. No obstante, es conveniente alimentarlo con una batería externa recargable de 5 V, más conocida como Power Bank. De esta forma dispondremos de mayor autonomía, y sólo tenemos que soldar un conector USB tipo ‘A’ en el extremo del cable de alimentación. El encendido de la baliza lo realizaremos conectando el conector USB en el Power Bank, de esta manera no es necesario intercalar un interruptor.

Conexión: USB tipo A

La librería y los ejemplos que he utilizado para realizar este proyecto, se pueden descargar desde el siguiente enlace:

https://github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel

ARDUINO: Nivel de dos ejes

ARDUINO: Nivel de dos ejes – Construcción de un nivel electrónico de dos ejes, con ARDUINO y MPU-6050. Leyendo los valores que entregan los giróscopos de ambos ejes del MPU-6050, cuya resolución es de 14 bit para los 180º de cada eje. Posteriormente se calibran los valores con un inclinómetro de burbuja, obteniendo una precisión media mejor de 5º. Al mostrar la inclinación de ambos ejes de forma simultánea, este medidor puede ser muy útil para orientar paneles solares, antenas parabólicas, cubiertas de tejados, etc.

Inclinómetro
Inclinómetro

Giróscopo y acelerómetro: MPU-6050

Chip: MPU-60X0
Chip: MPU-60X0
MPU-6050
Módulo: MPU-6050

La construcción de este medidor de ángulos de 2 ejes, puede realizarse sin la necesidad de utilizar el módulo ARDUINO Uno. Aparte del módulo MPU-6050, sólo sería necesario extraer el micro-controlador ATMEGA328P (una vez programado) y montarlo en un circuito impreso aparte. Para realizar este montaje, además del micro-controlador se necesitan algunos componentes más para que el dispositivo funcione. A continuación se muestra un esquema de montaje, en el que se incluye también un circuito de alimentación, compuesto por una batería de Li-ion, junto con su módulo de carga TP4056 y un módulo Step-Up de 5v.

El código de programación para este montaje puede descargarse desde el siguiente enlace (es el denominado): Angulos.ino 

Esquema: Nivel de 2 ejes

Si se quisiera utilizar un medidor con más prestaciones, se podría añadir a este circuito el módulo BMP280, el cual incluye un sensor barométrico y un sensor de temperatura. De esta manera, el medidor podría disponer de dos funciones:

  1. Medidor de nivel de 2 ejes
  2. Altímetro barométrico + temperatura

El código de programación para este montaje puede descargarse desde el siguiente enlace (es el denominado): Alti_Nivel.ino 

Esquema: Altímetro y Nivel

Puede ver más detalles de este montaje en el siguiente video:

Programador ICSP con ARDUINO

Construcción de un programador serie (ICSP) utilizando Arduino. Si no disponemos de un programador, esta es la solución más barata. Sin embargo, tanto el código de Arduino como el software de programación, son específicos para programar el micro-controlador AT89S51/AT89S52… y no sirven para programar cualquier otro modelo.

AT89S52
AT89S52

FICHEROS

En la página del autor del proyecto: TIKTAK’S PROJECTS , encontrarás además de la información de este proyecto, el link de acceso directo a la descarga de los archivos que necesitas. El fichero que debes cargar a tu Arduino para que funcione como programador, y el programa que necesitarás para exportar el archivo hexadecimal (firmware) hacia el micro-controlador AT89S51/AT89S52.

INFORMACIÓN

He creído conveniente incorporar esta información en el blog, con el fin de ampliar un poco más los detalles de funcionamiento de este programador, y también porque en este canal tenéis otros proyectos en los que se utiliza el mismo tipo de micro-controlador. Si eres aficionado a la electrónica y no dispones de un programador, este montaje te podría ser de mucha utilidad.

Montaje ICSP
Montaje ICSP

Si quieres fabricarte un programador ICSP (In-Circuit Serial Programming) , solo necesitarás una placa de Arduino -no importa el modelo- y montar el circuito que se muestra a continuación:

Esquema ICSP
Esquema ICSP

El ejemplo siguiente muestra cómo puedes programar un circuito, en el que ya existe una entrada para su programación en serie:

  •  ISP (In-system programming) 
  • ICSP (In-Circuit Serial Programming)
Programador ICSP
Programador ICSP

INCONVENIENTES

Existen algunas limitaciones y desventajas si comparamos este programador con otro de tipo convencional. La primera y más importante, es que el software NO permite verificar la integridad de lo que se ha grabado. Si existiera algún error durante la escritura, el software no lo detectaría. En estos casos, lo normal es que el dispositivo programado no llegara a funcionar, pero dependiendo del tipo de error, podría funcionar de manera defectuosa.

La segunda no es tan importante, pero ha tardado 4 minutos en programar los 6.813 bytes del fichero con el que he realizado las pruebas. Con un programador convencional  el proceso completo: borrado, escritura y comprobación, se realiza en algo menos de 13 segundos.

ARDUINO: Altímetro barométrico

Construcción de un altímetro barométrico electrónico, con Arduino. La presión atmosférica: principios, unidades de medida, relación altura/presión, sistemas de medida, etc. Se utiliza el módulo BMP280, que incluye un sensor de presión piezo-resistivo de alta precisión y bajo consumo (2,7 uA / 1Hz), además de un sensor de temperatura. Descripción del código de programación con Arduino y sus librerías de control. Montaje del altímetro en una placa de circuito impreso independiente del módulo Arduino, con alimentación a baterías y módulo de carga.

Presión atmosférica

La presión atmosférica es la fuerza por unidad de área que ejerce el aire sobre la superficie terrestre, la cual está asociada a los cambios meteorológicos. La altura modifica tanto la temperatura como la presión atmosférica. La presión atmosférica disminuye con la altitud y la humedad, ya que el peso de la masa del aire disminuye.

Los primeros barómetros fueron construidos por el físico y matemático italiano Evangelista Torricelli en el siglo XVII. La presión atmosférica equivale a la altura de una columna de agua de unos 10,33 m de altura. En los barómetros de mercurio, cuya densidad es unas 13,5 veces mayor que la del agua, la columna de mercurio sostenida por la presión atmosférica al nivel del mar es de unos 76 cm.

Barómetro
Barómetro

 La presión atmosférica normalizada, 1 atmósfera, fue definida como la presión atmosférica media al nivel del mar, que se adoptó como exactamente 101.325 Pa / 1013,25 hPa / 760 Torr. (equivalente al peso de 10,33 m de agua)

Normalmente la presión atmosférica se da en milibares, y la presión normal al nivel del mar se considera igual a 1013,25 milibares. En unidades del Sistema Internacional de Unidades, la presión se mide en pascales, aunque cuando se trata de presión atmosférica se suele utilizar el hectopascal, equivalente al milibar (1 mbar = 1 hPa).

Foto_5

  • 1 bar = 100.000 Pa = 1000 hPa = 100 kPa = 100 kN/m2 = 1,01972 kgf/cm2
  • 1 bar = 14,5037738 PSI(= libras/pulgada2 = lb/in2)
  • 1 bar = 750,062 mmHg(Torr)
  • 1 bar = 0,9869 atm
  • 1 atm = 101.325 Pa = 1,01325 bar
  • 1 atm = 760 mmHg (Torr)
  • 1 mmHg = 133,28947379 Pa

El kilopascal (kPa) es una unidad de presión que equivale a 1.000 pascales. El hectopascal (hPa) es una unidad de presión que equivale a 100 pascales y es usado por su equivalencia con el milibar.

 Sensor de presión BMP280

El módulo BMP280 contiene un sensor de presión piezo-resistivo de alta precisión y bajo consumo  (2,7 uA / 1Hz), además de un sensor de temperatura.

Sensor: BMP280
Sensor: BMP280
  • Resolución: 0,0016 hPa / 0.01ºC
  • Interface: SPI / I2C
  • Dirección I2C:  76H (SDO: 0) / 77H (SDO: 1)
  • Rango de presión:   300…1100 hPa / +9000 … -500 metros sobre el nivel del mar
  • Precisión: +- 0,12 hPa / +- 1m.

Construcción de un altímetro con ARDUINO

Altímetro (esquema)
Altímetro (esquema)

El código de programación de Arduino, junto con las librerías necesarias para realizar este proyecto, se pueden descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace: BMP280.zip

ARDUINO: ENTRADAS-SALIDAS

Probaremos las entradas/salidas digitales, las salidas PWM y las entradas analógicas. Como práctica, regularemos el encendido de un diodo LED (salida PWM), dependiendo de la tensión de entrada que obtengamos en una entrada analógica. También construiremos un generador de 4 melodías, utilizando una salida digital de Arduino.

Los archivos de ejemplo que aparecen en el video, puedes descargarlos desde el siguiente enlace: ARDU_IN.rar

Arduino UNO dispone de 20 puntos de conexión: 14 Entradas/Salidas digitales, 6 de ellas podrían utilizarse como salidas PWM, y 6 entradas analógicas.

Las salidas PWM son de 8 bits, y están localizadas en los pines: 3, 5, 6, 9, 10 y 11.

Las funciones PWM hacen uso de los Timer para generar la señal de salida. Cada Timer puede controlar entre 2 y 3 de las salidas PWM. Para ello dispone de un registro de comparación por cada salida. Cuando se alcanza el tiempo correspondiente al valor del registro de comparación, la salida invierte su valor.

Cada salida conectada a un mismo temporizador comparte la misma frecuencia, aunque pueden tener distintos anchos de impulso (Duty cycle), dependiendo del valor de cada registro de comparación.

La frecuencia estándar para las salidas PWM en Arduino Uno, Mini y Nano es de 490 Hz para todos los pines, excepto para el 5 y 6 cuya frecuencia es de 980 Hz.

Al existir una asociación directa entre las salidas PWM y los Timer, es importante saber que no es posible utilizar un Timer en el programa si ya se está utilizando para controlar una salida PWM. Esta es la relación que existe entre los Timer y los controles PWM de Arduino Uno, Mini y Nano:

El Timer0 controla las salidas PWM 5 y 6
El Timer1 controla las salidas PWM 9 y 10
El Timer2 controla las salidas PWM 3 y 11

Por otra parte, la librería servo utiliza el Timer 1, de manera que tampoco podremos utilizar los pines 9 y 10 si estamos utilizando un servo.

Arduino: Entradas-Salidas

Cuando se utiliza una entrada analógica, es importante conocer el nivel de tensión máximo que vamos a muestrear. Nunca se deberían superar los  5V en las entradas, pero si podríamos utilizar umbrales máximos de menor tensión y mejorar la resolución de las medidas. Arduino dispone de la entrada AREF (pin 21 del ATmega328P) destinada para definir el nivel de tensión máximo de su conversor Analógico-Digital (ADC).