Programación con Arduino

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¿Qué es Arduino? Modelos de Arduino Funcionamiento Sensores Diagramas de conexión Programación Referencias bibliográficas

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// 01. ¿QUÉ ES ARDUINO?

Arduino es una plataforma de hardware de código abierto, que se usa para crear prototipos de proyectos electrónicos. Consiste en una placa de circuito impreso con un microcontrolador que permite la programación y la interacción con dispositivos electrónicos externos. Arduino se utiliza habitualmente por estudiantes y profesionales en campos como la electrónica, la robótica o la domótica debido a su accesibilidad, bajo coste, flexibilidad y una gran comunidad activa de usuarios y desarrolladores. Arduino es ideal para iniciarse en la automatización, así como, para realizar pequeños proyectos en electrónica o robótica.

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// 02. MODELOS DE ARDUINO

Arduino realmente es un proyecto, no un modelo de placa específico, con lo que, aún partiendo de un mismo diseño básico, existen tipos distintos de placas, según sus características. Tienen distintas formas, tamaños, colores o especficicaciones, para adaptarse a las necesidades de prácticamente cualquier proyecto en el que se quiera trabajar. Existen modelos sencillos o con características avanzadas según su uso, pueden orientarse a IoT, a impresión 3D, o como en este caso, a medir variables meteorológicas.

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// 03. FUNCIONAMIENTO

La placa se basa en un microcontrolador, un circuito integrado donde se pueden grabar instrucciones, desarrolladas en lenguaje de programación compatible con el entorno de Arduino. Estas instrucciones permiten la creación de aplicaciones que interactúan con los circuitos de la placa.Dispone de una interfaz de entrada, una conexión en la placa donde es posible conectar distintos tipos de periféricos. La información de estos periféricos se enviará al microcontrolador, encargado de procesar los datos recibidos. También dispone de una interfaz de salida, encargada de enviar la información procesada a otros periféricos, como otras placas o controladores, así como, pantallas o altavoces donde es posible reproducir los datos procesados.

<04> SEnsores

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// Sensores: TEMPERATURA I

El DHT11, un sensor digital asequible y fácil de usar, combina un sensor capacitivo de humedad y un termistor para monitorear la temperatura y humedad ambiente. Transmite datos de manera digital a través de un solo pin de datos. Su aplicación abarca desde el control de temperatura en entornos académicos hasta el monitoreo ambiental en la agricultura.Integrar el sensor DHT11 con plataformas como Arduino es muy sencillo, tanto a nivel de software como de hardware. Las cantidad de librerías disponibles simplifican su utilización. A nivel de hardware, solo se requiere la conexión del pin VCC a una fuente de alimentación de 3-5V, el pin GND a tierra, y el pin de datos a un pin digital en la placa de Arduino.

Aunque el DHT11 es menos preciso y tiene un rango de temperatura/humedad más limitado en comparación con el DHT22 y DHT21, su tamaño compacto y menor coste lo hacen atractivo para muchas aplicaciones.

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// SENSORES: TEMPERATURA II

El DHT22 permite medir la temperatura y la humedad al igual que el DHT11. Para el área educativa, este sensor cumple con su objetivo, pero si se necesita una precisión mayor, es posible emplear el DHT22, unas cuatro veces más caro. Al ser más preciso, permite leer temperaturas con decimales. Para conectar el DHT22 a una placa Arduino se debe tener en cuenta el tipo de DHT22 a usar. Existen diferentes formatos, unos con 3 cables, otros con 4 pines, etc. Independientemente del modelo, es necesario realizar tres conexiones. Si se dispone del modelo con tres cables, el cable rojo es VCC, el cable negro es GND y el cable amarillo se empleará para la transmisión de datos.

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// SENSORes: LLUVIA

Detectan la presencia de lluvia en el ambiente por la variación de la conductividad que sufre el sensor. Cuenta con dos cintas conductoras separadas que, al caer agua, se unen cerrando el circuito, lo que provoca un aumento de la conductividad. Antes de su uso, es necesaria su calibración. Se debe tener en cuenta que, al detectar agua, la salida digital del sensor se debe encontrar en estado BAJO, 0V, pero cuando no se detecta lluvia, la salida digital debe estar en estado ALTO, 5V. El sensor FC-37, con el módulo YL-38, se compone de una placa que actúa como una resistencia variable, disminuyendo cuando está húmedo y aumentando cuando está seco. Tiene 4 pines de conexión, dos de ellos de alimentación, VCC y GND.

Los otros dos pines son las salidas, una de tipo analógico, que devuelve un nivel de tensión en relación a la cantidad de agua presente sobre el sensor, y otra salida de tipo digital, que se activa o desactiva indicando presencia de agua.

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// SENSORES: HUMEDAD

El sensor YL-69, con el módulo YL-38, que está compuesto por dos terminales separados una cierta distancia, mide la conductividad existente entre dichos terminales. Si el ambiente es húmedo, la conductividad será alta, pero si es seco, el valor de la conductividad será bajo. El sensor se conecta a los dos pines que están en el módulo YL-38. Este módulo tiene 4 pines, uno para la alimentación, VCC de 5V, otro para la conexión a tierra, GND, y además, dos salidas de datos, una analógica y otra digital. El valor que se obtiene del sensor es un número comprendido entre 0 y 1023, que depende de la conductividad de la tierra.

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// SENSORES: PRESIÓN ATMOSFÉRICA I

El BMP180 está diseñado para leer la presión atmosférica. Integra un circuito electrónico que digitaliza la información registrada, así como, se comunica con la placa de Arduino usando el protocolo I2C. El sensor tiene 5 pines, dos se usan para la alimentación, VCC y GND, además de un pin para 3.3V que se usa en casos concretos. Los pines SCL y SDA se usan para la comunicación. El sensor de presión barométrica incluido tiene un rango de medida entre 300 y 1100 hPa, con un margen de error ±0,03 hPa. Además, dispone de un sensor de temperatura y mediante software puede calcular la altitud sobre el nivel del mar.

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// SENSORES: PRESIÓN ATMOSFÉRICA II

El BMP280 es un sensor de presión atmosférica y temperatura que se comunica por interfaz I2C o SPI con el microcontrolador. Sus principales características son: estabilidad, linealidad, precisión y facilidad de uso en entornos de desarrollo de prototipos como Arduino.Puede realizar mediciones en el rango de 300 a 1100 hPa. Dispone de mejor resolución de presión y temperatura, mejor precisión, filtros digitales y menor consumo que el BMP180. Puede usarse en vehículos autónomos no tripulados, en estaciones meteorológicas, en teléfonos inteligentes, en dispositivos IoT y dispositivos de navegación que necesiten sensores de bajo consumo, poco tamaño y gran precisión.

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// SENSORES: LUZ ULTRAVIOLETA

El módulo ML8511 es un sensor de luz ultravioleta, UV, que entrega una señal de voltaje analógica dependiendo de la cantidad de luz ultravioleta que detecta. Es recomendable para la monitorización de condiciones ambientales como el índice UV, las aplicaciones meteorológicas, el cuidado de la piel, o la medición industrial de nivel UV.Detecta luz con una longitud de onda entre 280 a 390 nm, cubriendo tanto el espectro UV-B como el UV-A. La salida analógica se relaciona linealmente con la intensidad UV, puediendo conectarse a un microcontrolador. Dicha salida tiene un voltaje de 1 a 3 V.

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// PANTALLA LCD

La instalación de una pantalla LCD permitirá la muestra, de manera más sencilla, de los valores obtenidos por los distintos sensores conectados a la placa de Arduino. Será necesaria la instalación de un potenciómetro para realizar el ajuste del brillo de la pantalla. Para el correcto funcionamiento de la pantalla se debe incluir una librería específica, durante el proceso de programación. Si no existen errores en la conexión de los cableados ni en la programación de los sensores, los valores se mostrarán correctamente en la pantalla LCD. Esta pantalla permite representar caracteres numéricos y letras en dos filas de 16 posiciones cada una.

<05> DIAGRAMAS DE CONEXIÓN

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// DIAGRAMA: TEMPERATURA I

El siguiente diagrama representa el modo de conexión del sensor de temperatura DHT11 a la placa de Arduino.

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// DIAGRAMA: TEMPERATURA II

El siguiente diagrama representa el modo de conexión del sensor de temperatura DHT11 y de otro modelo de pantalla LCD, que emplea un modulo adaptador serie, a la placa de Arduino.

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// DIAGRAMA: LLUVIA

El siguiente diagrama representa el modo de conexión del sensor de lluvia FC-37, con el módulo YL-38, a la placa de Arduino, con el sensor DHT11 y la pantalla LCD previamente instalados.

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// DIAGRAMA: HUMEDAD

El siguiente diagrama representa el modo de conexión del sensor de humedad YL-69, con el módulo YL-38, a la placa de Arduino.

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// SENSOR DE PRESIÓN ATMOSFÉRICA I

El siguiente diagrama representa el modo de conexión del sensor de presión atmosférica BMP180 a la placa de Arduino.

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// SENSOR DE PRESIÓN ATMOSFÉRICA II

El siguiente diagrama representa el modo de conexión del sensor de presión atmosférica BMP180, del sensor de temperatura DHT11 y de otro modelo de pantalla LCD, que emplea un modulo adaptador serie, a la placa de Arduino.

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// PANTALLA LCD

El siguiente diagrama representa detalladamente el modo de conexión de la pantalla LCD a la placa de Arduino, a través de la Protoboard, junto con el potenciómetro, para la regulación del brillo, así como, con el sensor de temperatura DHT22.

Si no hay ningún error, muestro los valores de temperatura y humedad en la pantalla LCD.

<06> PROGRAMACIÓN

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// PROGRAMACIÓN: TEMPERATURA

En el siguiente código se muestra un ejemplo de programación para la conexión de un sensor DHT22, junto con una pantalla LCD, a una placa de Arduino.

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// PROGRAMACIÓN: PANTALLA LCD + TEMPERATURA

En el siguiente código se muestra un ejemplo de programación para la conexión de un sensor DHT11, junto con una pantalla LCD, a una placa de Arduino.

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// PROGRAMACIÓN: PRESIÓN ATMOSFÉRICA

En el siguiente código se muestra un ejemplo de programación para la conexión de dos sensores de presión atmosférica BMP280, a una placa de Arduino.

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// PROGRAMACIÓN: LLUVIA

En el siguiente código se muestra un ejemplo de programación para la conexión de un sensor de lluvia FC-37, con el módulo YL-38, a una placa de Arduino.

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<07. Bibliografía>

· Leantec. (2015, 17 de septiembre). Tutoriales: Cómo hacer una estación meteorológica con Arduino. · Del Valle Hernández, L. (s.f.). Estación meteorológica solar con Arduino y Sigfox. Programar Fácil: Blog de Arduino. · Guerra Carmenate, J. (s.f.). SPI con Arduino y Sensor BMP280. Programar Fácil: Blog de Arduino. · Geek Factory. (s.f.). Tienda: Sensores. BMP280: Sensor de presión y temperatura. · Plataforma Educativa ELE. (s.f.) Proyectos con Arduino: P5. Estación meteorológica. · Naylamp Mechatronics. (s.f.). Productos: Sensores. Sensor de lluvia y nieve FC-37. · Wexter Home. (s.f.). Estación Meteorológica con Arduino: Paso a Paso. · Gobierno de Canarias: Consejería de Educación, Formación Profesional, Actividad Física y Deportes. (s.f.). Proyecto Clima. Taller puntual: Construcción de una estación meteorológica digital de bajo coste y su aplicación en el Proyecto Globe-Clima. Dropbox.

https://leantec.es/como-hacer-una-estacion-meteorologica-con-ard/

https://programarfacil.com/blog/arduino-blog/estacion-meteorologica-solar-arduino-sigfox/

https://programarfacil.com/blog/arduino-blog/spi-con-arduino-bmp280/

https://www.geekfactory.mx/tienda/sensores/sensores-de-presion/bmp280-sensor-de-presion-y-temperatura/

https://ele.chaco.gob.ar/pluginfile.php/964357/mod_folder/content/0/p5.%20Estaci%C3%B3n%20meteorol%C3%B3gica%20automatizada%20.pdf

https://naylampmechatronics.com/sensores/216-sensor-de-lluvia-y-nieve-fc-37.html

https://www.wexterhome.com/proyectos-con-arduino/estacion-meteorologica-con-arduino-paso-a-paso/

https://www.dropbox.com/s/5yx5tecymopedvy/Taller%20estacion%20meteo.pdf?e=5&dl=0

GRACIAS

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Cristian David Pacheco Hernández