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MÓDULO 4C. ARDUINO. COMUNICACIÓN SERIE
Y
ALIMENTACIÓN DEL CIRCUITO.
(Pincha en los enlaces para acceder al
canal de Youtube y ver
los
videos) |
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4.6 COMUNICACIÓN SERIE
Aprenderemos a enviar y recibir datos a través de la placa
de Arduino, comprobando el efecto mediante el Monitor Serie: |
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| 4.6.A. ESCRITURA Y LECTURA DE LA PLACA A TRAVÉS DEL
PUERTO SERIE |
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| Programa: |
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| Instrucciones: |
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| 4.6.E. ESCRITURA DESDE LA VENTANA DEL MONITOR SERIE. LECTURA DEL CÓDIGO ASCII | |||||||||||||||||||||
| Programa: | ![]() |
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| Instrucciones: |
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| 4.6.F. CONTROL DE UN SERVOMOTOR MEDIANTE LA VENTANA DEL MONITOR SERIE | |
| Esquema: | ![]() |
| Programa: | ![]() |
| Proto-Board: | ![]() |
| Instrucciones: |
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| 4.6.G. CONTROL DE UN SERVOMOTOR MEDIANTE EL MONITOR
SERIE. MODIFICACIONES EN EL PROGRAMA |
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| Programa: | Programa
"B" |
Programa "C" |
![]() |
![]() |
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| Instrucciones: |
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| EL RELÉ |
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| El Relé
se basa en el efecto electromagnético: cuando una corriente circula por
una bobina, ésta provoca un campo magnético que puede usarse para
atraer objetos de hierro. Es
lo que se conoce como ELECTROIMÁN. Este efecto se incrementa si la bobina está enrollada sobre un núcleo de hierro. |
ELECTROIMÁN:![]() |
| Este
electroimán puede utilizarse para mover un mecanismo formado por
contactos. De este modo puede abrirse o cerrarse interruptores o
conmutadores a "distancia". Esto tiene la ventaja de que no hay
conexión eléctrica entre los circuitos de MANDO (el del electroimán) y
el de CONTROL (los contactos gobernados por la bobina del electroimán). Los contactos suelen denominarse mediante la siguiente nomenclatura (en inglés):
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RELÉ:![]() |
| El símbolo del Relé representa la
Bobina por un lado y los contactos en el otro. |
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| Debemos acostumbrarnos a encontrar
distintos símbolos según el fabricante de los relés. |
![]() ![]() |
| Es
importante destacar que, en paralelo con la bobina y en sentido
contrario a la corriente, se suele situar un diodo. Su función es
evitar que las corrientes de autoinducción que origina la bobina
afecten al circuito de Arduino. El diodo descarga estas corrientes, que
pueden alcanzar valores elevados. Esta disposición se llama diodo volante o flywheel. |
![]() |
| Existen
muchos tipos de Relés, según la tensión de funcionamiento, la potencia,
el número de contactos y si son interruptores o conmutadores... El modelo que usaremos será el OMRON G5Q-1 que se activa con 5V en la bobina. Tiene un circuito de potencia formado por un conmutador Otro posible relé miniatura con características similares es el TYCO PE14005 (incluso mejor en algunos aspectos) |
OMRON G5Q-1 ![]() VISTA DE LAS PATILLAS DESDE ARRIBA: ![]() SÍMBOLO: ![]() |
| 4..7.A. RELÉ QUE CONTROLA UN MOTOR ALIMENTADO POR 9V | |
| Esquema: | ![]() Como Diodo "volante" usaremos el modelo de Diodo 1N4007 que tiene buenas características. |
| Programa: | ![]() |
| Patillaje: | VISTA DE LAS PATILLAS DESDE ARRIBA: Girando el esquema del relé de este modo, entenderás mejor el montaje siguiente ![]() |
| Proto-Board: | ![]() |
| Instrucciones: |
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| 4..7.B. RELÉ QUE CONTROLA UN MOTOR Y UN LED, AMBOS ALIMENTADOS POR 9V | |
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Esquema:
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![]() |
| Programa: | Es el
mismo del circuito anterior ![]() |
| Patillaje: | VISTA DE LAS PATILLAS DESDE ARRIBA: Girando el esquema del relé de este modo, entenderás mejor el montaje siguiente ![]() |
| Proto-Board: | ![]() |
| EL RELÉ II |
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| Vamos a conocer
ahora
un
modelo de relé de 2 circuitos, siendo cada uno de ellos un conmutador. El modelo que usaremos es el OMRON G5V-2 aunque podría servirnos también el TYCO MT2-93401 pues tiene características similares (incluso mejores) El esquema del patillaje del relé es el siguiente: |
VISTA DE LAS PATILLAS DESDE ARRIBA: ![]() |
| Una de las posibles aplicaciones de
este relé es el control de un Motor DC. Para realizarlo se
recurre a
un esquema como el que se ve a la derecha. Se trata de enviar la
corriente de la pila, unas veces en un sentido, y otras veces en el
contrario. Este circuito tiene una función similar al de la Práctica 4.6.E (circuito en Push-Pull, con el integrado L293D). Sirva esto como ejemplo de que, EN ELECTRÓNICA, como en tantas cosas, NO HAY UNA SÓLA MANERA DE HACER LAS COSAS. Este es el circuito que vas a tratar de realizar en la práctica siguiente. |
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| 4.7.C. RELÉ DE DOS CIRCUITOS/CONMUTADORES QUE CONTROLA UN MOTOR DC | |
| Esquema: | ![]() Observa que, para proteger la salida de
Arduino se ha colocado un Diodo 1N4007 en configuración de "Diodo volante" como siempre hacemos con los relés.
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| Programa: | Es el
mismo de los circuitos anteriores. Se trata simplemente de activar o
desactivar el PIN 2.![]() |
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Instrucciones:
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Este es el Circuito
que debes montar. Debes seguir los siguientes pasos:
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| Diagrama: |
Es el mismo Esquema anterior,
añadiendo la numeración de los PINES del Relé de 2 circuitos (ver arriba)
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| EL TRANSISTOR BIPOLAR |
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| Se trata de un dispositivo
electrónico con muchas posibilidades y gran importancia hoy día.
Gracias al transistor se han logrado muchos otros inventos como el
circuito integrado y se ha desarrollado la informática. De entre sus múltiples aplicaciones, nosotros utilizaremos su utilidad como interruptor, lo cual lo aproxima al uso que hemos estudiado de los relés. Comparado con el relé, el transistor es mucho más pequeño y no tiene ningún tipo de movimiento mecánico, estando formado por distintas capas de material semiconductor. |
|
| Existen muchos modelos de transistor.
Para nuestro estudio vamos a usar el transistor bipolar tipo NPN, cuyo símbolo aparece a la
derecha. Observamos que consta de 3 "patillas" que corresponden a las tres capas de que está formado el transistor:
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Su
funcionamiento como
interruptor consiste en que
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| La corriente, que pasa a través del
colector, se denomina Ic. Cuando el transistor se comporta como un interruptor cerrado, es decir, como un cortocircuito, se alcanza el valor máximo posible en la corriente IC, que entonces ya no dependerá del transistor sino del circuito externo: las pilas y resistencias que haya conectadas al colector del transistor. |
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En la siguiente animación vemos cómo se
conecta el transistor y el proceso de activación de una bombilla:
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SÍMIL HIDRÁULICO DEL TRANSISTOR BIPOLAR La figura siguiente representa una clásica analogía del funcionamiento de un transistor bipolar como si fuese un circuito hidráulico. Una pequeña corriente de agua en la Base del transistor puede hacer que éste pase de una situación de CORTE (interruptor abierto) a otra de SATURACIÓN (interruptor cerrado). La situación intermedia entre ambos extremos es la denominada ACTIVA, en la que un incremento de la corriente de base se traduce en un incremento similar de la corriente que va del Colector al Emisor. Como se observa en el modelo, la "tubería" por la que pasa la corriente de Colector es mucho más gruesa que la que da cabida a la corriente de Base. Esto pretende simular la idea de que pequeñas variaciones en la corriente de Base se traducen en grandes variaciones en la corriente de Colector, de modo que el efecto del transistor en la zona ACTIVA es de AMPLIFICACIÓN. Una vez que se ha llegado a la saturación, aunque se aumente la corriente de Base, no se puede hacer que pase más corriente por el Colector, pues ya se ha llegado al máximo posible. |
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| Existen muchos modelos de transistor,
con distintas potencias y formas de presentación (package). El modelo de transistor que vamos a utilizar es el TIP-120 y es un transistor NPN. Se presenta con un empaquetamiento tipo TO-220 que corresponde a las patillas que se ven en el esquema de la derecha. Como se puede ver, la patilla del colector también está conectada a la chapa trasera, pudiendo atornillarse al circuito impreso mediante el agujero que presenta. |
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| En
realidad, el TIP-120 no es un transistor, sino un circuito de dos
transistores dos conectados mediante
la "configuración Darlington". Gracias a esta configuración, el
resultado es como si fuera un sólo transistor pero con una capacidad de
amplificación mucho mayor. |
|
| Antes
de estudiar el Darlington, conviene recordar los valores de las
distintas corrientes que intervienen en un circuito con transistor: En un transistor bipolar normal, la corriente que pasa por el colector es al menos 30 veces mayor que la corriente de base: IC
= 30*IB
IE e IC son prácticamente iguales. |
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| CONFIGURACIÓN DARLINGTON: | |
En la configuración Darlington, la corriente del emisor (IE1) del primer transistor se utiliza como corriente de base (IB2) del segundo transistor: Al introducir esta corriente en la base del segundo transistor, resulta nuevamente amplificada. Tras una serie de cálculos, tenemos que: ICtotal = 960*IB1 Como ya dijimos anteriormente, la corriente IC no puede crecer indefinidamente. El máximo valor que puede alcanzar esta corriente se alcanza cuando el transistor actúa como un interruptor cerrado, dependiendo entonces IC de los valores de los componentes conectados al circuito del colector. Al tener mucha mayor amplificación de
corriente, basta una
pequeña corriente (IB)
en la Base para que la corriente en el colector (IC)
alcance el valor máximo posible, llegando
entonces el transistor al estado de "interruptor cerrado".
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| En definitiva, la configuración
Darlington es equivalente a un sólo
transistor mucho más
sensible a los cambios de intensidad en la Base. Gracias a la configuración Darlington, una pequeñísima corriente aplicada a la Base consigue que el transistor se comporte como un interruptor cerrado. |
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| EL TRANSISTOR MOSFET |
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| El
MOSFET es un tipo particular de transistor, enmarcado dentro de la
variedad de los Transistores de Efecto Campo (FET = Field Effect
Transistor). Está formado por una serie de capas de material
semiconductor de distintos tipos, al que se añade un material aislante
(dióxido de Silicio) y una capa metálica. Esta variedad de capas da
lugar al prefijo MOS = Metal-Óxido-Semiconductor. Dentro de la gran variedad de transistores tipo FET, concretamente vamos a usar el denominado MOSFET de enriquecimiento de canal N. Este dispositivo revolucionó en su día la industria de la electrónica, consiguiendo una espectacular evolución de la electrónica digital y de los ordenadores personales. |
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| El símbolo del MOSFET de
enriquecimiento de canal N es el que aparece a la derecha. En este caso no coinciden las iniciales de los nombres de las patillas en inglés y español, siendo denominadas por sus iniciales inglesas:
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| A
veces, el símbolo incluye un diodo entre la Fuente (S) y el Drenador
(D) que refleja un efecto que se produce por la composición del
material semiconductor. Sin embargo, en principio, no usaremos este
diodo como diodo volante, sino que conectaremos nosotros un diodo
externo. |
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| El modelo de MOSFET-N que vamos a usar
es el IRF630, que
tiene un encapsulado tipo TO220AB. Igual que el transistor, el Drenador
tiene una patilla asignada y, también, la chapa trasera. Los MOSFET son dispositivos sensibles a la electricidad estática, por lo que, antes de cogerlos con la mano, debemos "descargarnos" tocando tierra, o el chasis metálico del equipo con el que estemos trabajando (si tiene toma de tierra). Igualmente, nunca debemos insertarlos en un circuito mientras la alimentación esté conectada. |
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| Este tipo de transistor tiene un funcionamiento similar al transistor bipolar, pudiendo usarse como interruptor: | |
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| La
corriente que entra por el Drenador se denomina ID. Una vez comunicados los terminales Drenador (D) y Fuente (S), la corriente ID que pasa es la máxima posible, y sólo depende de los elementos conectados externamente al circuito del Drenador. |
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| En la animación siguiente se observa el
proceso de activación del MOSFET: Explicación de la animación:
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