Automatización, robótica y microcontroladores: sistemas de control y Arduino

Resumen

El documento introduce los conceptos básicos de automatización y robótica, y compara el ordenador con el microcontrolador. Explica los sistemas de control de lazo abierto y cerrado, sus elementos (sensores, actuadores, tarjetas controladoras) y las funciones básicas de programación en Arduino para encender un LED.

Puntos clave

Un automatismo realiza una tarea concreta pero su funcionamiento no se puede modificar; un robot es una máquina automática programable que capta, procesa y actúa.
Un microcontrolador integra en un chip la unidad de proceso, la memoria y los periféricos de entrada y salida.
El microcontrolador tiene menor coste y consumo que el ordenador, realiza una tarea específica y se conecta directamente a sensores o motores.
En un sistema de lazo cerrado la señal de salida se compara con la de entrada para corregir errores; intervienen sensor, comparador, controlador y actuador.
Los sensores transforman magnitudes físicas o químicas en variables eléctricas, y los actuadores transforman energía eléctrica en la activación de un proceso.
En Arduino, setup() configura los pines con pinMode y loop() ejecuta digitalWrite(13, HIGH) o LOW para encender o apagar el LED.

Ponte a prueba

Conceptos Básicos de Automatización y Robótica

Automatismo: Mecanismo o máquina que realiza una tarea concreta, pero cuyo funcionamiento no se puede modificar.
Robot: Máquina automática programable capaz de captar información de su entorno, procesarla y actuar en consecuencia.
Microcontrolador (uC): Circuito integrado programable que reúne en un solo chip todas las funciones básicas de un ordenador: unidad de proceso, memoria y periféricos de entrada y salida.

Comparativa: Ordenador vs. Microcontrolador

Ordenador (PC): Mayor coste, mayor consumo, ejecuta cientos de programas, posee mucha memoria y requiere módulos de adaptación.
Microcontrolador (uC): Menor coste, menor consumo (puede funcionar a pilas), realiza una tarea específica, tiene poca memoria y se conecta directamente a sensores o motores.

Sistemas de Control

Un sistema de control regula y supervisa el funcionamiento de un automatismo o proceso para que opere de la manera prevista.

Tipos de Sistemas

Sistemas de lazo abierto: No se tiene en cuenta la señal de salida en la acción de control.
Sistemas de lazo cerrado: La señal de salida se compara con la de entrada para corregir posibles errores y ajustar la acción de control al valor deseado. Intervienen: sensor, comparador, controlador y actuador.

Elementos de un Sistema de Control de Lazo Cerrado

Tarjetas controladoras: Interfaz entre el ordenador y los dispositivos.
Sensores: Detectan magnitudes físicas o químicas y las transforman en variables eléctricas.
Actuadores: Transforman energía eléctrica en la activación de un proceso para generar un efecto. Ejemplos: diodos LED, motores de corriente continua y servomotores.

Programación en Arduino: Encender un LED

void setup(): Configura los pines digitales usando la función pinMode. Los pines se definen como salida (OUTPUT).
void loop(): Define el valor del voltaje.
digitalWrite(13, HIGH): Envía un valor alto al pin 13 (enciende el LED).
digitalWrite(13, LOW): Envía un valor bajo al pin 13 (apaga el LED).

Conexión de Placa y Circuito

La placa se conecta al ordenador para recibir energía. El polo negativo se conecta a tierra (GND) y el cable rojo representa el positivo. La energía circula hasta el pulsador; al presionarlo, se cierra el circuito permitiendo que la corriente llegue al LED, encendiéndolo. Si no se pulsa, el circuito permanece abierto y el LED permanece apagado.

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre un automatismo y un robot?

Un automatismo realiza una tarea concreta cuyo funcionamiento no se puede modificar. Un robot es una máquina automática programable, capaz de captar información de su entorno, procesarla y actuar en consecuencia.

¿Cuál es la diferencia entre un sistema de lazo abierto y uno de lazo cerrado?

En el lazo abierto no se tiene en cuenta la señal de salida en la acción de control. En el lazo cerrado, la salida se compara con la entrada para corregir errores y ajustar la acción al valor deseado.

¿Para qué sirven las funciones setup() y loop() en Arduino?

setup() configura los pines digitales con pinMode, definiéndolos como salida (OUTPUT). loop() contiene las instrucciones que se repiten, como digitalWrite para encender o apagar el LED.