miércoles, 2 de marzo de 2022

Raspberry Pi - GPIO básico

Proyectos básicos

En este caso se presentarán 3 aplicaciones básicas en Raspberry Pi empleando diodos led, resistencias y pulsadores. Para el Raspberry Pi 4 modelo B, la distribución de sus 40 pines es:

EJERCICIO 01 - Encender y apagar un LED

El siguiente ejemplo encenderá un LED durante 5 segundos, luego lo apagará y así de forma consecutiva. Tener en cuenta que dependiendo del voltaje de funcionamiento del LED elegido se debe variar la resistencia para que este no resulte quemado y/o la luz se pueda apreciar.

Materiales:

  • Raspberry (Raspberry Pi 4 model B)
  • Led (Rojo con voltaje de 1.2v)
  • Protoboard
  • Cables dupont
  • Resistencia de 560 ohmnios

Diagrama de conexión:

Código

  1. #Biblioteca GPIO para controlar los pines del Raspberry Pi
  2. import RPi.GPIO as GPIO
  3. #Biblioteca "time" útil para realizar pausas
  4. import time
  6. GPIO.setmode(GPIO.BCM)  #La numeración será según usar la numeración del chip BROADCOM
  7. GPIO.setwarnings(False) #Se deshabilitan las advertencias cuando entramos en un bucle
  8. GPIO.setup(21,GPIO.OUT) #Se indica que el PIN 21 es de salida
  10. #Bucle infinito
  11. while True:
  12.     print("Encendido")        #Mensaje en pantalla
  13.     GPIO.output(21,GPIO.HIGH) #El PIN 21 se enciende (HIGH)
  14.     time.sleep(5)             #Se detiene 5 segundos
  15.     print("Apagado")          #Mensaje en pantalla
  16.     GPIO.output(21,GPIO.LOW)  #El PIN 21 se apaga (LOW)
  17.     time.sleep(5)             #Se detiene 5 segundos
  18.     GPIO.cleanup              #Se limpian los PINES

EJERCICIO 02 - Encender y apagar un LED con pulsador

El siguiente ejemplo encenderá un LED durante 5 segundos, luego lo apagará y así de forma consecutiva. Tener en cuenta que dependiendo del voltaje de funcionamiento del LED elegido se debe variar la resistencia para que este no resulte quemado y/o la luz se pueda apreciar.

Materiales:

  • Raspberry (Raspberry Pi 4 model B)
  • Led (Rojo con voltaje de 1.2v)
  • Protoboard
  • Pulsador
  • Cables dupont
  • Resistencia de 560 ohmnios

Diagrama de conexión:

Código

  1. import RPi.GPIO as GPIO
  3. GPIO.setmode(GPIO.BCM)
  4. GPIO.setwarnings(False)
  5. #Se indica expresamente que su estado por defecto es LOW (apagado)
  6. GPIO.setup(21,GPIO.OUT,initial=GPIO.LOW)
  7. #Se indica el PIN 20 como entrada. Además, configuración PULL DOWN
  8. GPIO.setup(20,GPIO.IN,pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)
  10. while True:
  11.     if GPIO.input(20): #Se evalúa si el boton es pulsado
  12.         print("Pulsado")
  13.         GPIO.output(21,GPIO.HIGH)
  14.     else:
  15.         GPIO.output(21,GPIO.LOW)
  16.     GPIO.cleanup

EJERCICIO 03 - Encender y apagar un LED con pulsadores sin mantener presionado

El siguiente ejemplo encenderá un LED durante 5 segundos, luego lo apagará y así de forma consecutiva. Tener en cuenta que dependiendo del voltaje de funcionamiento del LED elegido se debe variar la resistencia para que este no resulte quemado y/o la luz se pueda apreciar.

Materiales:

  • Raspberry (Raspberry Pi 4 model B)
  • Led (Rojo con voltaje de 1.2v)
  • Pulsador
  • Protoboard
  • Cables dupont
  • Resistencia de 560 ohmnios

Diagrama de conexión:

Código

  1. import RPi.GPIO as GPIO
  3. GPIO.setmode(GPIO.BCM)
  4. GPIO.setwarnings(False)
  5. GPIO.setup(21,GPIO.OUT,initial=GPIO.LOW)
  6. GPIO.setup(20,GPIO.IN,pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)
  7. #Variable auxiliar
  8. estado = False
  10. while True:
  11.     if GPIO.input(20):
  12.         estado = not estado #Se invierte el valor si se presiona el botón
  13.     if estado:
  14.         print("Encendido")
  15.         GPIO.output(21,GPIO.HIGH)
  16.     else:
  17.         print("Apagado")
  18.         GPIO.output(21,GPIO.LOW)
  19.     GPIO.cleanup
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Plataforma Arduino

 Según la documentación oficial de Arduino:

"Arduino es una plataforma electrónica de código abierto basada en hardware y software fáciles de usar. Las placas Arduino pueden leer entradas (luz en un sensor, un dedo en un botón o un mensaje de Twitter) y convertirlo en una salida: activar un motor, encender un LED, publicar algo en línea. Puede decirle a su placa qué hacer enviando un conjunto de instrucciones al microcontrolador en la placa. Para ello se utiliza el lenguaje de programación Arduino (basado en Wiring ), y el Software Arduino (IDE) , basado en Processing."

Las ventajas que ofrece Arduino frente a otras plataformas es el costo al ser en comparación más baratas que otras, su IDE es multiplataforma (sistemas operativos Windows, Mac y Linux), el IDE es basado en Processing empleando el lenguaje C++ que permite agregar nuevas bibliotecas y expandír aún más la cantidad de componentes y sistemas con los que puede interactuar. Finalmente, tanto el hardware como el software es abierto y extensible.

Modelos de Arduino

Arduino UNO

Características

  • Voltaje de entrada: 6v - 20v
  • Voltaje recomendado: 7v - 12v
  • Voltaje de operación: 5v
  • Pines digitales de entrada y salida: 14 (6 con salida PWM)
  • Pines análogos de entrada y salida: 6
  • Dimensiones: 68.6 mm por 53.4 mm

Arduino NANO

Características

  • Voltaje de entrada: 7v - 12v
  • Voltaje de operación: 5v
  • Pines digitales de entrada y salida: 22 (6 con salida PWM)
  • Pines análogos de entrada y salida: 8
  • Dimensiones: 18 mm por 45 mm

Arduino MEGA

Características

  • Voltaje de entrada: 6v - 20v
  • Voltaje recomendado: 7v - 12v
  • Voltaje de operación: 5v
  • Pines digitales de entrada y salida: 54 (15 con salida PWM)
  • Pines análogos de entrada y salida: 16
  • Dimensiones: 101.52 mm por 53.3 mm

Existen otros modelos como:

  • Arduino Zero
  • Arduino Due
  • Arduino Leonardo
  • Arduino Micro
  • Arduino Yún

Cada uno con sus características propias y variantes. Además, de otros modelos orientados a IoT como el Arduino MKR

Fuentes:

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Arduino básico

Proyectos básicos

En este caso se presentarán 5 aplicaciones básicas en Arduino empleando diodos led, resistencias, pulsadores, interruptores DIP y potenciómetros.

EJERCICIO 01 - Encender y apagar un LED

El siguiente ejemplo encenderá un LED durante 3 segundos, luego lo apagará y así de forma consecutiva. Tener en cuenta que dependiendo del voltaje de funcionamiento del LED elegido se debe variar la resistencia para que este no resulte quemado y/o la luz se pueda apreciar.

Materiales:

  • Arduino (Arduino UNO)
  • Led (Verde con voltaje de 1.6v)
  • Protoboard
  • Cables dupont
  • Resistencia de 680 ohmnios

Diagrama de conexión:

Código

  1. //Constante que hace referencia al PIN donde se conecta el LED
  2. const int LED = 8;
  4. void setup(){
  5.   pinMode(LED, OUTPUT);   //Indica que el Pin es de salida
  6.   digitalWrite(LED, LOW); //Indica que el LED por defecto esta apagado
  7. }
  9. void loop(){
  10.   digitalWrite(LED, HIGH); //Enciende el LED
  11.   delay(3000);             //Espera 3000 milisegundos
  12.   digitalWrite(LED, LOW);  //Apaga el LED
  13.   delay(3000);             //Espera 3000 milisegundos
  14. }

EJERCICIO 02 - Encender y apagar un LED con pulsador

El siguiente ejemplo encenderá un LED mientras un pulsador se mantenga presionado, si se suelta se apagará y así de forma consecutiva. Tener en cuenta que dependiendo del voltaje de funcionamiento del LED elegido se debe variar la resistencia para que este no resulte quemado y/o la luz se pueda apreciar. Además, la configuración de la resistencia del pulsador es "PULL-DOWN" y de 10 KΩ

Materiales:

  • Arduino (Arduino UNO)
  • Led (Rojo con voltaje de 1.2v)
  • Protoboard
  • Pulsador
  • Cables dupont
  • Resistencias de 560Ω (LED) y 10KΩ (pulsador)

Diagrama de conexión:

Código

  1. //Constante que hace referencia al PIN donde se conecta el LED
  2. const int LED = 12;
  3. //Constante que hace referencia al PIN donde se conecta el pulsador
  4. const int PUL = 7;
  6. void setup(){
  7.   pinMode(LED, OUTPUT);   //Indica que el Pin es de salida
  8.   pinMode(PUL, INPUT);    //Indica que el Pin es de entrada
  9.   digitalWrite(LED, LOW); //Indica que el LED por defecto esta apagado
  10. }
  12. void loop(){
  13.   if(digitalRead(PUL)){           //Si el pulsador esta presionado
  14.   	digitalWrite(LED, HIGH);      //Enciende el LED
  15.   }else{                          //Si el pulsador deja de estar presionado
  16.   	digitalWrite(LED, LOW);       //Apaga el LED
  17.   }
  18. }

EJERCICIO 03 - Encender y apagar un LED con pulsadores sin mantener presionado

El siguiente ejemplo encenderá un LED mientras al presionar un interruptor y se apagará al presionar otro, no es necesario mantenerlos presionados. Tener en cuenta que dependiendo del voltaje de funcionamiento del LED elegido se debe variar la resistencia para que este no resulte quemado y/o la luz se pueda apreciar. Además, la configuración de la resistencia de los pulsadores es "PULL-DOWN" y de 10 KΩ

Materiales:

  • Arduino (Arduino UNO)
  • Led (blanco con voltaje de 3.7v)
  • Protoboard
  • Pulsadores
  • Cables dupont
  • Resistencias de 100Ω (LED blanco) y 10KΩ (2 para los pulsadores)

Diagrama de conexión:

Código

  1. const int LED = 8;
  2. const int PUL_ON = 5;
  3. const int PUL_OFF = 2;
  4. boolean estado; //variable auxiliar para capturar el estado
  6. void setup() {
  7.   pinMode(PUL_ON, INPUT);
  8.   pinMode(PUL_OFF, INPUT);
  9.   pinMode(LED, OUTPUT);
  10. }
  12. void loop() {
  13.   //Estado en TRUE si se presiona el boton del PIN 5
  14.   if(digitalRead(PUL_ON)){estado = true;}
  15.   //Estado en FALSE si se presiona el boton del PIN 2
  16.   if(digitalRead(PUL_OFF)){estado = false;}
  17.   //Dependiendo del estado se enciendo o apaga el LED
  18.   if(estado){
  19.   	digitalWrite(LED, HIGH);
  20.   }else{
  21.   	digitalWrite(LED, LOW);
  22.   }
  23. }

EJERCICIO 04 - Encender y apagar varios LED con interruptores DIP

El siguiente ejemplo encenderá varios LED mientras el interruptor correspondiente se mantenga en ON (cerrando circuito). Tener en cuenta que dependiendo del voltaje de funcionamiento del LED elegido se debe variar la resistencia para que este no resulte quemado y/o la luz se pueda apreciar. Además, la configuración de la resistencia de los interruptores es "PULL-DOWN" y de 10 KΩ

Materiales:

  • Arduino (Arduino UNO)
  • LES (Rojo con voltaje de 1.2v, blanco y azul con voltaje de 3.7v y amarillo con voltaje de 1.6v)
  • Protoboard
  • Conmutadores DIP de 4 canales
  • Cables dupont
  • Resistencias de 100Ω (LED blanco y azul), 220Ω (LED rojo), 390Ω (LED amarillo) y 10KΩ (4 para los conmutadores DIP)

Diagrama de conexión:

Código

  1. //Constantes para los LED
  2. const int LED1 = 7;
  3. const int LED2 = 8;
  4. const int LED3 = 12;
  5. const int LED4 = 13;
  6. //Constantes para cada conmutador
  7. const int PUL1 = 5;
  8. const int PUL2 = 4;
  9. const int PUL3 = 3;
  10. const int PUL4 = 2;
  12. void setup(){
  13.   pinMode(LED1, OUTPUT);
  14.   pinMode(LED2, OUTPUT);
  15.   pinMode(LED3, OUTPUT);
  16.   pinMode(LED4, OUTPUT);  
  17.   pinMode(PUL1, INPUT);  
  18.   pinMode(PUL2, INPUT);  
  19.   pinMode(PUL3, INPUT);  
  20.   pinMode(PUL4, INPUT);
  21. }
  23. void loop(){
  24.   //Control del LED blanco con el conmutador 1
  25.   if(digitalRead(PUL1)){
  26.   	digitalWrite(LED1, HIGH);
  27.   }else{
  28.   	digitalWrite(LED1, LOW);
  29.   }
  30.   //Control del LED rojo con el conmutador 2
  31.   if(digitalRead(PUL2)){
  32.   	digitalWrite(LED2, HIGH);
  33.   }else{
  34.   	digitalWrite(LED2, LOW);
  35.   }
  36.   //Control del LED amarillo con el conmutador 3
  37.   if(digitalRead(PUL3)){
  38.   	digitalWrite(LED3, HIGH);
  39.   }else{
  40.   	digitalWrite(LED3, LOW);
  41.   }
  42.   //Control del LED azul con el conmutador 4
  43.   if(digitalRead(PUL4)){
  44.   	digitalWrite(LED4, HIGH);
  45.   }else{
  46.   	digitalWrite(LED4, LOW);
  47.   }
  48. }

Funcionamiento:

EJERCICIO 05 - modificar la intensidad de un LED con un potenciómetro

El siguiente ejemplo encenderá un LED y se controlará su intensidad empleando un potenciómetro. Tener en cuenta que dependiendo del voltaje de funcionamiento del LED elegido se debe variar la resistencia para que este no resulte quemado y/o la luz se pueda apreciar.

Materiales:

  • Arduino (Arduino UNO)
  • Led (blanco con voltaje de 3.7v)
  • Protoboard
  • Potenciómetro de 5KΩ
  • Cables dupont
  • Resistencias de 100Ω (LED blanco)

Diagrama de conexión:

Código

  1. //El PIN del led debe ser PWM (tener el símbolo ~)
  2. const int LED =11;
  3. //El potenciómetro se debe conectar a un PIN analógico
  4. const int POT = A0;
  5. //Variable auxiliar para almacenar el valor del potenciómetro
  6. int aux;
  8. void setup(){
  9.   pinMode(LED,OUTPUT);
  10.   digitalWrite(LED,LOW);
  11. }
  13. void loop(){
  14.   //Capturar el valor del potenciómetro
  15.   aux = analogRead(POT);
  16.   //Se emplea MAP para dar un valor análogo entre 0 y 255 al valor recibido entre 0 y 1023
  17.   analogWrite(LED, map(aux,0,1023,0,255));  
  18. }
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