PDF de programación - Unidad didáctica con placa Arduino

2011

Unidad didáctica con placa
arduino

José Antonio Caballero Barba
[Escribir el nombre de la compañía]
24/10/2011

UNIDAD DIDÁCTICA: CONTROL DE CRUCE SEMAFÓRICO

OBJETIVOS

Arduino es una plataforma de hardware de código abierto, basada en una sencilla placa
con entradas y salidas, analógicas y digitales, en un entorno de desarrollo que está basado en el
lenguaje de programación Processing. Es un dispositivo que conecta el mundo físico con el
mundo virtual, o el mundo analógico con el digital.

Vamos hacer un proyecto muy fácil que nos servirá de introducción A la placa Arduino

y a su programación, en concreto será el control de un cruce de semáforos, con diodos LEDs.

Para hacerlo dentro del tema de la programación de 4º de la E.S.O. dedicado a

SISTEMAS DE CONTROL.

• Conocer el funcionamiento y utilizar una tarjeta controladora.
• Aprender a utilizar los diagramas de flujo al realizar tareas de programación.
•
• Mostrar cuáles son las principales controladoras disponibles en el aula de

Introducir el concepto de controladora.

Tecnología y en el ámbito educativo.

• Mostrar las conexiones básicas.
• Conocer las interfaces de alguna de las controladoras empleadas en el taller de

tecnología.

• Conocer los fundamentos básicos del lenguaje para tarjetas controladoras.
• Presentar el diagrama de bloques de un sistema de control por ordenador.
• Revisar el concepto de señal digital.
• Mostrar las acciones básicas que pueden realizarse con un control de ordenador:

accionamiento de diodos luminiscentes LEDs.

• Presentar un sistema sencillo de control por ordenador.

CONCEPTOS

• Control por ordenador.
• Controladoras e interfaces de control.
• Dispositivos de entrada-salida de control.
• Tipos de controladoras centrándonos en concreto en una Arduino.
• Codificación de programas para tarjetas controladoras.
•
• Diagramas de flujo.

Interfaces de control y programación.

PROCEDIMIENTOS

• Utilizar la tarjeta controladora.

Interpretar y elaborar de diagramas de flujo.

•
• Diseñar programa para controlar las entradas y salidas digitales de una controladora.
• Utilizar una controladora para regular el funcionamiento de circuitos eléctricos con

•
• Elaborar programas sencillos en lenguaje para Arduino y utilizarlos a continuación

la ayuda de un ordenador.
Interpretar programas sencillos.

para el control de sistemas.

Actitudes
• Gusto por el orden y la limpieza en la elaboración de dibujos y esquemas.
• Apreciar el trabajo complejo y planificado que exige el montaje de sistemas de

control.
Interés por abordar problemas que, a priori, pueden parecer difíciles de solucionar.
Interés por abordar trabajos en grupo.

•
•

DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO

ESTADO 1

ESTADO 2
ESTADO 2

LED1ROJO= “1”
LED1AMBAR= “0”
LED1VERDE= “0”
LED2ROJO= “0”
LED2AMBAR= “0”
LED2VERDE= “1”
TIEMPO 30 SEGUNDOS

LED1ROJO= “1”
LED1ROJO= “1”
LED1AMBAR= “0”
LED1AMBAR= “0”
LED1VERDE= “0”
LED1VERDE= “0”
LED2ROJO= “0”
LED2ROJO= “0”
LED2AMBAR= “1”
LED2AMBAR= “1”
LED2VERDE= “1”
LED2VERDE= “1”
TIEMPO 5 SEGUNDOS
TIEMPO 5 SEGUNDOS

ESTADO 3

ESTADO 4

LED1ROJO= “1”
LED1AMBAR= “0”
LED1VERDE= “0”
LED2ROJO= “0”
LED2AMBAR= “0”
LED2VERDE= “1”
TIEMPO 30 SEGUNDOS

LED1ROJO= “0”
LED1AMBAR= “1”
LED1VERDE= “1”
LED2ROJO= “1”
LED2AMBAR= “0”
LED2VERDE= “0”
TIEMPO 5 SEGUNDOS

LED1ROJO
LED1AMBAR
LED1VERDE
LED2ROJO
LED2AMBAR
LED2VERDE

PROGRAMA

//semáforo1

//Semáforo2



//Crear variables a las salidas
Int led1Rojo=3;
Int led1Ambar=4;
Int led1Verde=5;
Int led2Rojo=6;
Int led2Ambar=7;
Int led2Verde=8;
Void setup () {
pinMode (led1Rojo , OUTPUT);
pinMode (led1Ambar , OUTPUT);
pinMode (led1Verde , OUTPUT);
pinMode (led2Rojo , OUTPUT);
pinMode (led2Ambar , OUTPUT);
pinMode (led2Verde , OUTPUT);
}
Void loop () {
digitalWrite (ledRojo1 , HIGH);
digitalWrite (ledAmbar1 , LOW);
digitalWrite (ledVerde1 , LOW)
digitalWrite (ledRojo2 , LOW);
digitalWrite (ledAmbar2 , LOW);
digitalWrite (ledVerde2 , HIGH)
delay (30000);



//Habilitar las salidas digitales

//Estado1



;

;

// 30 segundos

digitalWrite (ledRojo1 , HIGH);
digitalWrite (ledAmbar1 , LOW);



//Estado2

;

digitalWrite (ledVerde1 , LOW)
digitalWrite (ledRojo2 , LOW);
digitalWrite (ledAmbar2 , HIGH);
digitalWrite (ledVerde2 , HIGH)
delay (5000);


;
// 5 segundos

digitalWrite (ledRojo1 , LOW);
digitalWrite (ledAmbar1 , LOW);
digitalWrite (ledVerde1 , HIGH)
digitalWrite (ledRojo2 , HIGH);
digitalWrite (ledAmbar2 , LOW);
digitalWrite (ledVerde2 , LOW)
delay (30000);



//Estado3



;

;

// 30 segundos

//Estado4



;

digitalWrite (ledRojo1 , HIGH);
digitalWrite (ledAmbar1 , LOW);
digitalWrite (ledVerde1 , LOW)
digitalWrite (ledRojo2 , LOW);
digitalWrite (ledAmbar2 , LOW);
digitalWrite (ledVerde2 , HIGH)
delay (5000);

}

;
// 5 segundos

MONTAJE CONEXIONES

FOTO TRABAJO

EDUCACIÓN EN VALORES

Educación medioambiental

El control automático de un nudo semafórico, puede tener consecuencias
interesantes desde el punto de vista ambiental. En este sentido pueden aprovecharse
mecanismos como los propuestos en el proyecto de esta unidad para no malgastar
energía.

COMPETENCIAS QUE SE TRABAJAN
Autonomía e iniciativa personal

Muchos alumnos se enfrentan a una tarea nueva: utilizar una controladora y
programarla para controlar las acciones que lleva a cabo un circuito eléctrico. Los
diferentes procedimientos propuestos a lo largo de la unidad pretenden que el alumno
aborde estas nuevas tareas sin miedo a equivocarse (siempre, lógicamente, con el apoyo
del profesor).

Competencia social y ciudadana

El trabajo en grupo es esencial en la sociedad moderna, sobre todo a la hora de
diseñar y montar nuevos proyectos, muchos de ellos relacionados con las tareas que
aparecen en esta unidad. Con el trabajo en equipo se fomenta el compromiso por
realizar una tarea (no puedo fallar a mis colegas) o el respeto hacia las opiniones y
gustos de los otros.

Además, dado que siempre habrá alumnos más aventajados, este trabajo en
equipo debe tener también una función de apoyo hacia aquellos alumnos que presentan
más dificultades a la hora de llevar a cabo las tareas propuestas.

Tratamiento de la información y competencia digital

Los alumnos constatarán la importancia de la programación en el control
automático. Verán que con no demasiado esfuerzo y pocos medios es posible controlar
de manera automática el encendido y apagado de diversos sistemas electrónicos.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

• Distinguir los principales elementos de entrada y salida de un sistema de control.
• Describir las características de una controladora, prestando especial atención a

sus salidas y entradas, tanto analógicas como digitales.

• Utilizar la controladora para examinar el funcionamiento de un sistema a través

del ordenador.

• Elaborar procedimientos sencillos de control en lenguaje para Arduino.
• Elaborar diagramas de flujo.
• Elaborar programas que controlen las entradas y salidas de una controladora.
• Manejar sencillos circuitos electrónicos a partir de un ordenador y una

controladora.

Reloj digital sencillo.

Introducción

Hay sencillos aparatos que a veces te sorprenden su funcionamiento. Un reloj es como algo
mágico, que parece dominar el tiempo. Sin duda, un invento imprescindible en al Historia de la
Humanidad.

Este ejemplo de Arduino, fantástico como proyecto de fin de aprendizaje con la placa, es a la vez

sencillo y efectivo. Sus resultados deben ser inmediatos y ofrecer una alta satisfacción al alumno.

Nota: este proyecto es simplemente el esbozo de una idea. No está testado ni montado físicamente

en placa.

Competencias Básicas

1. Competencia matemática: medición del tiempo; reflexión sobre distintos ritmos y

frecuencias.

2. Competencia lingüística: sintaxis de programación; expresión de ideas.
3. Competencia TIC: instalación de programas; procedimientos de programación.
4. Aprender a Aprender: búsqueda de referencias del lenguaje; imaginación para desarrollar

circuitos.

Descripción del circuito electrónico

Como sabemos Arduino Uno tiene una capacidad de 14 entradas o salidas digitales, algunas de las
cuales pueden ser moduladas analógicamente, más 6 entradas analógicas. Nuestros displays de 7
segmentos necesitan conectarse a 7 salidas digitales, numeradas de la “a” a la “g”, que activen cada
led del display más un ánodo común que, conectado a través de una resistencia, lleve la intensidad a
tierra.

Un reloj que muestre horas y minutos necesitaría cuatro displays de este tipo, con lo cual hablamos
de 28 conexiones, el doble de las que puede ofrecer Arduino. Además, conectaríamos a través de
una resistencia pequeña (unos 100Ω – 500Ω) cada ánodo a tierra.

Sin embargo si los ánodos no son conectados a tierra, sino a Vcc (tensión de alimentación), no
circulará intensidad por el diodo y no se iluminarán. Este hecho puedo usarlo para reducir el
conexionado de los displays a Arduino activando los cuatro displays en secuencia.

Efectivamente, conectando siete salidas digitales de Arduino a los displays, en paralelo, sólo se
activará el display que en ese momento tenga el ánodo conectado a tierra. Así que, además de esas
siete salidas digitales, necesito conectar cuatro salidas a cada ánodo de cada display y enviar en
secuencia un cero lógico a la salida que quiero activar (podríamos decir que esas cuatro salidas son
activas por lógica inversa). Dando un barrido del primer al cuarto dígito, del primer al cuarto
display, si la velocidad de cambio es lo suficientement