LAB GGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGG, Proyectos de Diseño de Sistemas Digitales. Instituto Tecnologico de Minatitlan
daniel barroso
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PRÁCTICA 2. Uso de Scilab y Arduino para la captura de

señales del mundo real.

OBJETIVO ESPECÍFICO

El estudiante desarrollará competencias en:

o Uso de Scilab y Xcos de la plataforma Arduino para realizar adquisición de señales de

distintas variables físicas.

o Acondicionamiento de señales.

FUNDAMENTOS

Arduino es una de las herramientas de implementación de hardware más utilizada en el mundo

hoy día. 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.

Se ha desarrollado un bloque en Xcos para el control y configuración del Arduino sin la necesidad

de escribir el respectivo sketch en el IDE. Para acceder a este bloque visitar a :

http://atoms.scilab.org/toolboxes/arduino

Una herramienta muy interesante que tienen las nuevas versiones de Scilab es el buscador e

instalador de módulos adicionales a los que trae el programa por defecto. Estos módulos

adicionales son paquetes que uno puede agregar a medida que los necesita. Para instalar el

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módulo que nos interesa en este caso iremos a la pestaña Aplicaciones del menú principal y allí se

selecciona Administrador de Modulos-ATOMS. Ver Figura.

Figura 21 Administrador de Módulos - Atoms

Una vez que ejecutamos el administrador de módulos ATOMS, se abre una ventana donde se

listan las distintas clases de aplicaciones disponibles. Navegando en las Categorías Principales

abrimos la carpeta Instruments Control.

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Figura 22 Módulo Instruments Control

Llegamos al Módulo Arduino, lo seleccionamos e instalamos haciendo click en el botón

correspondiente. Al final es requerido reiniciar el Scilab.

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Figura 23 Módulo Arduino

A partir de ahora, cuando abrimos el Explorador de paletas aparecerá una carpeta nueva

denominada Arduino con diferentes opciones de bloques:

Configuration. Para ajustar las características básicas de la tarjeta Arduino.

Digital. Para escribir y leer señales digitales por los puertos correspondientes, y lectura de

encoders.

Analog. Que permite escribir y leer señales analógicas.

Motors. Con bloques para el control de motores de CC y paso a paso, y servos.

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Figura 24 Paleta con los bloques de Arduino

Ahora bien, para que la tarjeta Arduino pueda comunicarse con la PC a través de un puerto COM

VIRTUAL, es necesario instalar en la memoria del Arduino un programa que implemente esta

comunicación. Para ello se descarga el sketchtoolbox_arduino_v2.ino. Este puede descargarse de

la página:

https://atoms.scilab.org/toolboxes/arduino

seleccionando el archivo comprimido correspondiente a la versión del sistema operativo de que se

disponga. Existe una versión reciente toolbox_arduino_v3.ino que está en fase de prueba y que

está disponible en:

http://www.demosciences.fr/projets/scilab-arduino

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DESARROLLO

Equipamiento.

 Computadora personal con Scilab-Xcos.

 Tarjeta Arduino.

 Placa de interconexión para prototipos

 Potenciómetro.

 LDR (Resistor sensible a la luz)

Procedimiento.

Construya un programa en Xcos como se muestra en la figura.

Figura 25 Programa en Xcos de lectura de señales analógicas con Arduino

Notar que en los bloques de configuración del Arduino se han introducido los siguientes

parámetros:

Card number: 1. Por defecto aparece el valor de uno. Esta opción es útil cuando se conecta más de

una tarjeta Arduino al PC. Este número identificará la tarjeta entre las demás.

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Com Port: 3. Este valor se debe tomar del IDE de Arduino. Cuando uno conecta la tarjeta al puerto

USB del PC, el sistema operativo asigna un puerto COM virtual para llevar a cabo la comunicación.

Esta asignación es variable cada vez que se conecta la tarjeta. También es posible identificar el

número de puerto asignado abriendo el Explorador de dispositivos de Windows para verificarlo.

Analog read pin: 0. Designa el pin sobre el que se hará la lectura de los datos en la tarjeta. En el

Arduino Uno existen 6 pines de entrada analógica, de A0 a A5, por tanto el rango de este valor irá

de 0 a 5.

Sampling Period: 0.1. Asigna el período de muestreo en el convertidor analógico-digital en la

tarjeta Arduino.

Duration: 10. Dispone el tiempo en segundos que durará el intercambio de datos entre la

computadora y la tarjeta.

Para tener acceso a introducir los datos anteriores basta hacer doble click sobre los bloques

indicados.

Conecte el potenciómetro a la tarjeta Arduino como se muestra en la figura.

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Diagrama 2.1 Circuito para lectura analógica con Arduino y potenciómetro

Encienda la simulación y mueva el potenciómetro en ambos sentidos. Observe la gráfica que

entrega la simulación.

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Figura 26 Señal leída por el terminal A0 con potenciómetro

El convertidor AD del Arduino es de 10 bits, y ya que la entrada de los puertos analógicos aceptan

tensiones en un rango de 0 a 5V, la gráfica de la adquisición de señal muestra variaciones que

oscilan en el intervalo de entre 0 y 1023.

Ahora conecte el LDR al puerto A0 de entrada analógica del Arduino como se muestra en el

diagrama.

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Diagrama 2.2 Diagrama de lectura analógica con Arduino y LDR

Inicie la simulación y con la mano tape y destape gradualmente la entrada de luz sobre él. Observe

la gráfica resultante. En este caso es más evidente el límite de la conversión AD.

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Figura 27 Señal leída en el terminal A0 con LDR

La resistencia y el LDR forman un divisor de tensión. Al variar la luz que incide sobre la región

sensible del LDR el valor de su resistencia cambia provocando desviaciones en la tensión que se

aplica a la entrada A0.

Construya el programa en Xcos que se ilustra.

Figura 28 Programa Xcos para la escritura de señal analógica

Arme el circuito mostrado agregando un LED con una resistencia de limitación de corriente al pin

digital 10 (PWM~). Este pin es una salida digital (estado bajo=0V, estado alto=5V) que puede

funcionar como una salida analógica de PWM. Por programación es posible modificar el ciclo de

trabajo de la señal pulsante de la salida y con ello variar su valor medio. Estas variaciones las

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apreciaremos visualmente observando los cambios en la intensidad de brillo del LED. Un valor de

cero aplicado al bloque Analog Write corresponde a 0% y 255 al 100% del ciclo de trabajo. Para

adecuar el rango dinámico de la señal leída en el ADC con la señal de control de PWM insertamos

un bloque multiplicador con un factor de 256/1024.

Diagrama 2.3 Circuito para lectura y escritura analógica con Arduino

Empiece la simulación y varíe la entrada de luz al LDR tapando y destapando con la mano

gradualmente. Observe la intensidad del brillo del LED.

SUGERENCIAS DE DISCUSIÓN

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 ¿Cuáles son las características que deben tener las señales eléctricas para que puedan

aplicarse convenientemente al Arduino?

 ¿Qué otro tipo de elementos transductores podrían conectarse al Arduino y bajo qué

condiciones?

 ¿Qué limitaciones prácticas tienen las salidas analógicas del Arduino?

RESULTADOS

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