Fundamentos de Programación y Desarrollo con Arduino para Proyectos Electrónicos

Sistemas Basados en Electrónica y Domótica

Los sistemas basados en electrónica supusieron el punto de partida de la domótica. Comenzaron como sistemas cerrados en los cuales solo las empresas que los desarrollaban conocían el funcionamiento interno, careciendo de estandarización inicial.

Arduino: Plataforma de Desarrollo de Código Abierto

Arduino es una plataforma de desarrollo de proyectos electrónicos de código abierto. Nació como un instrumento de ayuda al aprendizaje de la electrónica y la programación y, desde entonces, ha ganado una gran aceptación por su versatilidad, facilidad de uso y la amplia disponibilidad de información en internet.

El Lenguaje de Programación en Arduino

El lenguaje de programación es un conjunto de instrucciones que le indica al microprocesador cómo debe actuar bajo los siguientes criterios:

• Ser preciso: Las instrucciones deben ser exactas.
• Ser inequívoco: Solo puede ser interpretado de una única manera, sin posibilidad de duda.
• Ser conciso: Utilizar instrucciones cortas y eficientes.

El Entorno de Desarrollo Integrado (IDE)

El entorno de programación es la aplicación informática sobre la cual se realiza el programa o código fuente. Este entorno proporciona un conjunto de herramientas que ayudan en esta tarea como, por ejemplo, el compilador, el generador de información de errores, la administración de bibliotecas y el monitor para el puerto serie.

Componentes de la Interfaz del IDE

• Barra de menús
• Barra de iconos
• Área de programación
• Consola de información
• Selección del tipo de Arduino y puerto de programación

Proceso de Programación de una Placa Arduino

La programación de una placa de Arduino comienza con la configuración del hardware, momento en el que se le indica al programa el tipo de placa que va a emplear. A continuación, se realiza la programación del código para que responda a las necesidades planteadas y, por último, se compila y se transfiere a la placa de Arduino mediante un cable USB.

Configuración del Hardware

El entorno IDE se puede utilizar para programar diversos tipos de placas; por ello, es necesario indicar sobre cuál se va a trabajar. Esta operación se realiza desde el menú de herramientas, donde se selecciona la placa (que, en este caso, es una Arduino Mega). Otro dato necesario es indicar a través de qué puerto USB (identificado como COM) se realiza la comunicación.

Estructura Fundamental de un Programa en Arduino

• Setup: En esta función se definen las instrucciones que se ejecutan solo una vez al iniciar el programa.
• Loop: Esta sección se repite indefinidamente. Se ejecutan las instrucciones en orden y, al terminar la última, comienza automáticamente de nuevo por la primera instrucción de esta sección.

Compilación, Transferencia y Monitor Serie

Una vez realizado el programa, el siguiente paso es verificar que el código no contiene errores. En el IDE de Arduino, se puede compilar desde el menú Programa y la opción Verificar/Compilar, o desde el icono directo correspondiente. Si no hay ningún error, la consola inferior informa de ello, quedando el programa listo para ser transferido a la placa.

El monitor serie permite que el Arduino se comunique por el puerto serie (en este caso, entre la placa y el ordenador), utilizando para ello una librería llamada Serial.

Gestión de Entradas y Salidas (I/O)

Entradas Analógicas

Para comprender el funcionamiento de las entradas analógicas, se puede conectar un potenciómetro con la alimentación en sus extremos y el cursor a uno de los puertos analógicos. De esta manera, el puerto detectará un nivel de tensión que oscila entre 0V y 5V en función de la posición del cursor.

Entradas y Salidas Digitales

Las entradas digitales o binarias pueden tener dos valores: 1/0, sí/no o true/false. Cuando se utiliza un pulsador, se logra que el valor de tensión conectado a ese pin digital oscile entre 5V o 0V, correspondientes a los valores binarios 1 y 0.

Las entradas y salidas digitales trabajan exclusivamente con valores binarios, limitándose a leer o escribir niveles de tensión correspondientes a un 1 o un 0 lógico.

Las salidas digitales permiten asignar un valor binario (0 o 1) a un pin de salida. Dado que muchos pines de Arduino son configurables, lo primero que debe hacerse es definir el modo de trabajo del puerto.

Tipos de Placas de Arduino y sus Características

• Arduino UNO: Es la más popular y con la cual se suele empezar; por ello, aparece en la mayoría de paquetes de iniciación. Dispone de pines digitales y analógicos para proyectos generales.
• Arduino Leonardo: Similar a la Arduino UNO, utiliza el procesador ATMEGA32U4 y dispone de 20 pines de entrada/salida digital.
• Arduino 101: Incorpora un microprocesador Intel Curie, ofreciendo una placa de alto rendimiento con bajo consumo.
• Arduino Esplora: Evolución de la placa Leonardo que integra un micrófono, avisador acústico, sensor de temperatura, acelerómetro, LED RGB, cuatro pulsadores y un joystick analógico.
• Arduino Zero: Representa una evolución del Arduino Uno con mayor potencia de procesamiento.
• Arduino Mega: Es la placa de elección cuando la Arduino Uno se queda corta en prestaciones o número de pines.
• Arduino Pro Mini: Posee un total de 14 pines de entrada/salida. Existen modelos de 3,3V y 5V.

Interacción con el Entorno

Arduino se relaciona con el exterior mediante una serie de pines denominados puertos, que se dividen en:

• Entradas: Pines por los cuales Arduino recibe o lee señales provenientes de pulsadores y sensores.
• Salidas: Pines por los cuales el microprocesador escribe o envía señales para activar los receptores conectados.