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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.

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.

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

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.

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.

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

Bingo electrónico

Construcción de un Bingo electrónico, fabricando una matriz con 90 diodos LED de forma artesana (sin circuito impreso). Este montaje es muy adecuado para que lo pueda realizar cualquier aficionado a la electrónica. El Bingo electrónico está construido a partir del micro-controlador AT89S52.

En la primera parte del video se muestra la fabricación de la matriz, en una carcasa de fibra plástica, y se fresan con una CNC los números en una lámina de plexiglás (PMMA) semitransparente.

En la segunda parte del video se analiza el esquema eléctrico, realizando la construcción de la lógica de control y la comprobación de funcionamiento. También se explica el sistema de multiplexación, midiendo las formas de onda con el osciloscopio. Al final, se realiza la construcción del frontal con serigrafía, y se construye una caja utilizando madera reciclada.

MULTIPLEXACIÓN

En la imagen siguiente se muestra el mapa de memoria del Bingo, necesaria para almacenar y mostrar en la matriz LED los números que van saliendo.

La información de los 90 números del Bingo se almacena en 12 Bytes RAM del micro-controlador (12 Bytes X 8 Bit = 96). El Bit menos significativo (LSB) del primer Byte contiene el estado del número 1 del Bingo (LED: On/Off). El Bit más significativo del Byte 11 contiene el estado del número 88; y del Byte 12 de la memoria sólo se utilizan los 2 Bit menos significativos, asignados a los números 89 y 90 del Bingo.

Para mostrar toda la información del Bingo en el panel frontal, es necesario multiplexar en el dominio del tiempo 11 informaciones diferentes: las 9 líneas del panel numérico + 2 para el display de 7 segmentos. Como las líneas van conectadas a los ánodos de los diodos LED, el micro-controlador tiene que habilitar de forma secuencial y cíclica cada una de las 11 líneas de control, generando un impulso positivo en cada instante. Como se puede ver en el mapa de memoria, las 8 primeras líneas van conectadas al puerto 2 del AT89S52, la 9ª línea al P3.6, la 10ª línea al P1.1 y la 11ª al P1.0.

En este oscilograma se muestra la forma de onda de una de las 9 líneas de control del panel numérico. Con esta medida podemos conocer el tiempo que está encendido cada diodo LED (237 uSeg) y su velocidad de encendido = frecuencia de refresco (311 Hz). La frecuencia de refresco tiene que ser superior a la persistencia del ojo humano, procurando siempre que esta velocidad sea lo más alta posible, con el fin de evitar el efecto parpadeo o estroboscópico, al mezclarse dos fuentes de luz de frecuencia diferente.

¿Cómo se genera el número?

La generación del número aleatorio se basa en el modo de funcionamiento del sistema mecánico, mediante la extracción de una bola numerada del bombo. En un Bingo tradicional (mecánico), al principio hay 90 bolas numeradas dentro del bombo, y en cada extracción el número de bolas va disminuyendo de una en una.

En este Bingo electrónico, la generación del número se hace siguiendo estos pasos:

El micro-controlador utiliza un contador (Timer) que modifica su valor a una velocidad de 2 millones de valores por segundo aproximadamente (0,5 uSeg).
El valor del número máximo de este contador se limita en función a la cantidad de números que faltan por salir en el Bingo. Al principio el número máximo es 90 y va decreciendo a medida que se van extrayendo los números (igual que el número de bolas de un bombo mecánico).
En el momento que se pulsa el botón, el micro-controlador toma el valor del número generado por el contador, y este valor lo asigna al ‘hueco libre’ que queda en la tabla de números que faltan por salir.
Con ese valor, el micro-controlador busca el ‘hueco libre’ dentro de la tabla de números, empezando desde el número 1 hasta el 90, y luego asigna esta posición de ‘hueco libre’ al número real… ocupando el hueco y mostrando el número real en el display de 7 segmentos

De esta manera, las probabilidades de salir un número determinado son las mismas que en un bombo mecánico (es totalmente aleatorio). Por otra parte, se evita la generación de números ya extraídos.

Circuito de control (CPU)

Siguiendo el esquema es muy fácil montar todos los componentes en una placa de circuito impreso de tipo universal (taladros sin conexiones). Las conexiones se pueden realizar por debajo, creando las pistas del circuito con hilo fino de cobre y estaño. Si se colocan bien los componentes, las conexiones estarán muy próximas y no será necesario realizar puentes para atravesar las pistas. Una vez finalizado el montaje, el micro-controlador AT89S52 se puede programar directamente en la placa, utilizando las conexiones ICSP que se muestran en el esquema.

El firmware de este Bingo se puede descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace: J_RPM_v1_BINGO.HEX

Si no dispones de un programador, podrías utilizar Arduino para hacerlo:

Programador ICSP con ARDUINO

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.

Giróscopo y acelerómetro: 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

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:

Medidor de nivel de 2 ejes
Altímetro barométrico + temperatura

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

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.

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.

3 de Marzo de 2020

Miguel Berezosky me informa en un comentario que los archivos no los puede descargar. Como el autor de este proyecto parece que los ha eliminado en su alojamiento DropBox, los he subido a mi cuenta para que los podáis descargar:

Arduino_ICSP.rar

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.

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:

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)

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.

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).

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.

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

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