ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS - MANUAL DE PRÁCTICAS

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IMAGEN 279: ESQUEMA DE PROTOTIPADO, PRUEBA 1

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PASO 2: Implementar código requerido de acuerdo al diagrama de flujo:

IMAGEN 280: CÓDIGO DE PROGRAMA DE ACUERDO AL DIAGRAMA DE FLUJO, PRUEBA 1

En el código, el pin 6 únicamente se declara para poder enviar un valor LOW al inicio del
programa; para las funciones PWM no es necesario declarar el pin como salida. La función
nueva es analogWrite(), la cual permite generar una señal de tipo PWM, que se traduce a un
voltaje constante y analógico aproximadamente. Sólo los pines marcados con esta función
pueden generar dicha señal.

IMAGEN 281: SINTAXIS Y FUNCIONES DE LA FUNCIÓN ANALOGWRITE

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PASO 3: Descargar el sketch a la tarjeta y observar el comportamiento en el LED:

IMAGEN 282: SECUENCIA DE INTENSIDAD DEL BRILLO DEL LED CONTROLADO POR PWM, PRUEBA 1

En la imagen 199 se observa de manera secuencial cómo el brillo de LED asciende (que aplica
de igual forma en sentido contrario) por efecto de los ciclos for.

PRUEBA 2: CONTROL DEL BRILLO DE UN LED CON UN POTENCIÓMETRO

En la prueba siguiente el brillo será controlado por un potenciómetro, a modo de control
manual de la intensidad. Los materiales a ocupar son los siguientes:

ARDUINO® UNO R3 CABLE USB A A USB B 1 LED (CUALQUIER COLOR)

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1 RESISTOR DE 220 Ω O 330 Ω PROTOBOARD CABLES DUPONT (JUMPERS) DOBLE MACHO

1 POTENCIÓMETRO (CUALQUIER IDE DE ARDUINO
VALOR)

El programa deberá seguir el siguiente diagrama de flujo:

INICIO

LEER SEÑAL
ANALÓGICA DE
POTENCIÓNMERO

AJUSTAR VALOR DE LA
SEÑAL A VALOR
SOPORTADO POR
PWM

ENVIAR SEÑAL
AJUSTADA A LED

IMAGEN 283: DIAGRAMA DE FLUJO, PRUEBA 2

PASO 1: Conectar el siguiente esquema eléctrico

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IMAGEN 284: ESQUEMA ELÉCTRICO, PRUEBA 2

Se agrega el potenciómetro conectado a uno de los pines analógicos de la tarjeta y el LED
puede quedarse en el mismo pin. A modo de práctica, cambie el pin de salida de la señal
PWM.
El esquema de prototipado se muestra a continuación:

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IMAGEN 285: ESQUEMA DE PROTOTIPADO, PRUEBA 2

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PASO 2: Implementar código requerido de acuerdo al diagrama de flujo:

IMAGEN 286: CÓDIGO DE PROGRAMA DE ACUERDO AL DIAGRAMA DE FLUJO DE LA PRUEBA 2

Se habilita el monitor serial para visualizar los valores arrojados por las variables value_pot y
value_pwm; en la primera se recibe el valor de la señal analógica enviada por el
potenciómetro; no obstante, el conversor ADC de la tarjeta tiene 10 canales de resolución,
por lo que los valores que se despliegan van de 0 a 1023, lo que excede la capacidad del
argumento del valor de la señal PWM. El ajuste de dicho valor lo realiza la función map():

IMAGEN 287: FUNCIÓN MAP

Su función es equivalente a una regla de 3: se establece una igualdad entre parámetros y
después se obtiene o se despeja el valor de una incógnita, en pocas palabras, la variable se
mapea La estructura de la función se muestra a continuación:

IMAGEN 288: SINTÁXIS Y COMPONENTE S DE LA FUNCIÓN MAP

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PASO 3: descargar el programa a la tarjeta, modificar el valor del potenciómetro por medio
de su dial, comprobar visualmente el brillo del LED y observar los valores arrojados en el monitor
serial

IMAGEN 289: NIVEL CERO DE LUMINOSIDAD, PRUEBA 2

IMAGEN 290: VALORES ARROJADOS EN EL MONITOR SERIAL, ORIGINAL Y MAPEADO, PRUEBA 2

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IMAGEN 291: NIVEL BAJO DE LUMINOSIDAD, PRUEBA 2

IMAGEN 292: VALORES ARROJADOS EN EL MONITOR SERIAL, ORIGINAL Y MAPEADO, PRUEBA 2

En la imagen 209 se puede apreciar el valor de la señal del potenciómetro en un instante
determinado y cómo, mediante la función map() se obtiene el equivalente.

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IMAGEN 293: NIVEL MEDIO DE LUMINOSIDAD, PRUEBA 2
IMAGEN 294: VALORES ARROJADOS EN EL MONITOR SERIAL, ORIGINAL Y MAPEADO, PRUEBA 2

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IMAGEN 295: NIVEL DE LUMINOSIDAD ALTO, PRUEBA 2

IMAGEN 296: VALORES ARROJADOS EN EL MONITOR SERIAL, ORIGINAL Y MAPEADO, PRUEBA 2

Con estos valores, se comprueba que los rangos mapeados se ajustan a los valores PWM.

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PRUEBA 3: GENERACIÓN DE COLORES CON SEÑALES PWM Y UN LED RGB

En esta prueba, veremos una aplicación sencilla con las señales PWM: la generación de
colores en un LED RGB, la cual es la base de las pantallas o los espectaculares. En este
contexto se hará a escala, pero el comportamiento es el mismo. Los materiales a utilizar son
los siguientes:

ARDUINO® UNO R3 CABLE USB A A USB B 1 LED RGB (ÁNODO O CÁTODO
COMÚN)

1 RESISTOR DE 220 Ω O 330 Ω PROTOBOARD CABLES DUPONT (JUMPERS) DOBLE MACHO

3 POTENCIÓMETROS (MISMO IDE DE ARDUINO
VALOR)

El comportamiento del programa es el mismo que el de la prueba 2, salvo que el esquema se
adapta al LED RGB, que equivale a controlar tres LED, y tres potenciómetros cuyos valores son
leídos por los pines analógicos y mapeados posteriormente para ajustarse a los valores de la
señal PWM.

PASO 1: Implementar uno de los dos esquemas eléctricos mostrados a continuación,
dependiendo si el LED RGB es Ánodo Común o Cátodo Común:

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IMAGEN 297: ESQUEMA ELÉCTRICO, PARA RGB CÁTODO COMÚN, PRUEBA 3
IMAGEN 298: ESQUEMA ELÉCTRICO, PRA RGB ÁNODO COMÚN, PRUEBA 3

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Los esquemas de prototipado son los siguientes:

IMAGEN 299: ESQUEMA DE PROTOTIPADO PARA RGB CÁTODO COMÚN, PRUEBA 3

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IMAGEN 300: ESQUEMA DE PROTOTIPADO PARA RGB ÁNODO COMÚN, PRUEBA 3

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PASO 2: Implementar siguiente código en un sketch nuevo:

IMAGEN 301: PROGRAMA A IMPLEMENTAR, PRUEBA 3

PASO 3: Descargar el sketch generado a la tarjeta y modificar los valores de los
potenciómetros para observar los colores generados en el LED RGB. Al mismo tiempo, observar
los valores de señal PWM que se están suministrando a los pines de salida.

Para las imágenes, al LED RGB se le ha colocado un elemento opaco para poder observar
adecuadamente los colores generados, de otra forma en el encapsulado se distinguirían
únicamente las uniones semiconductoras de color encendidas a la vez, pero no la mezcla de
color.

Adicionalmente, se muestra los valores de cada color generado en el monitor serial a un
costado; hay valores predefinidos de PWM para generar los colores en un círculo cromático.
Para esta prueba se harán sólo de manera empírica.

Nota: En algunos casos o conexiones no siempre se muestran valores constantes, por lo que
en el monitor serial puede haber “picos” o valores altos de forma repentina. Esto se debe a
posibles falsos contactos de algunos componentes con el protoboard o cables. Revise sus
conexiones y los pines de sus componentes.

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IMAGEN 302: LED RGB APAGADO Y VALORES ARROJADOS EN EL MONITOR SERIAL

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IMAGEN 303: LED RGB, ÚNICAMENTE COLOR ROJO, Y VALOR MOSTRADO EN EL MONITOR SERIAL

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IMAGEN 304: LED RGB, ÚNICAMENTE COLOR AZUL, Y VALOR MOSTRADO EN EL MONITOR SERIAL

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IMAGEN 305: LED RGB, ÚNICAMENTE COLOR VERDE, Y VALOR MOSTRADO EN EL MONITOR SERIAL

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IMAGEN 306: LED RGB, COLOR MAGENTA, Y VALOR MOSTRADO EN EL MONITOR SERIAL

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IMAGEN 307: LED RGB, COLOR CYAN, Y VALOR MOSTRADO EN EL MONITOR SERIAL

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IMAGEN 308: LED RGB, COLOR AMARILLO, Y VALOR MOSTRADO EN EL MONITOR SERIAL

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IMAGEN 309: LED RGB, COLOR NARANJA Y VALOR MOSTRADO EN EL MONITOR SERIAL

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PRUEBA 4: CONTROL DE VELOCIDAD DE GIRO DE UN MOTOR DC

En esta prueba, exploraremos otra aplicación de las señales PWM que consistirá en el control
de la velocidad del giro de un motor de corriente directa. Los materiales a utilizar son los
siguientes:

ARDUINO® UNO R3 CABLE USB A A USB B 1 RESISTOR DE 1kΩ

1 POTENCIÓMETRO (CUALQUIER 1 TRANSISTOR NPN (CUALQUIER 1 MOTOR DC (9 V A 12 V)
VALOR) MODELO)

PROTOBOARD CABLES DUPONT (JUMPERS) DOBLE MACHO 1 PILA 9 V CON BROCHE

1 DIODO 1N4007 O EQUIVALENTE IDE DE ARDUINO

Se usará la lógica del programa de la prueba 2. No obstante, las conexiones son distintas, en
especial porque el motor representa un elemento de potencia, es decir, sus requerimientos
de energía, siendo aún de corriente directa, son mayores que los que la tarjeta puede brindar.
Por tanto se usará la pila de 9 V como fuente de poder del motor, y el control del encendido
y de la potencia se hará con un transistor NPN (para esta prueba se usará un 2N2222, pero
cualquier NPN sirve adecuadamente), en un arreglo que se denomina “Etapa de Potencia”.

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PASO 1: Implementar el siguiente diagrama eléctrico:

IMAGEN 310: DIAGRAMA ELÉCTRICO DE LA PRUEBA 4

Para el transistor 2N2222, la disposición de pines y su correspondencia con el símbolo eléctrico
es la siguiente:

IMAGEN 311: TRANSISTOR 2N2222, FORMA FÍSICA, DISPOSICIÓN DE TERMINALES Y SÍMBOLO ELÉCTRICO

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Para el diodo 1N4007, la disposición de terminales es la siguiente:

IMAGEN 312: DIODO 1N4007, FORMA FÍSICA, DISPOSICIÓN DE TERMINALES Y SÍMBOLO ELÉCTRICO

Del diagrama anterior se desprenden las siguientes características a tomar en cuenta:

 Las tierras o negativos tanto de la tarjeta como de la batería deben ser comunes, para
que exista referencia de voltaje entre ambos elementos, de otra forma no habrá
activación o desactivación del motor. Los positivos de ambos elementos no deben
juntarse, porque provocarán daños en la tarjeta.

 La etapa de potencia que se mencionó lo compone el transistor, dado que éste, con
una señal proveniente de la tarjeta, siendo ésta pequeña en comparación con la
requerida por el motor, permite que la corriente fluya del positivo de la batería, por el
motor, por el colector y el emisor del transistor y, finalmente a tierra. Por tanto, el 2N2222
es equivalente a una llave de paso o un interruptor electrónicamente controlado.

 EL diodo 1N4007 actúa como elemento de protección y descarga, debido a que el
motor DC, a fin de cuentas es un inductor y, por sus propiedades, genera inducción
cuando se le suministra un voltaje; a mayor voltaje mayor la inducción. Esto genera una
corriente eléctrica que, al detenerse el suministro de voltaje, fluye hacia tierra, y puede
ser tan alto dicho valor que puede quemar los pines de la tarjeta. El diodo, conectado
en paralelo y en inversa a la polaridad de la batería, impide que dichos picos de
corriente fluyan a los pines y, al no haber otro elemento de consumo, es el motor quien
transforma dicha corriente y la consume hasta que se minimiza.

El esquema de prototipado se muestra en la página siguiente:

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IMAGEN 313: ESQUEMA DE PROTOTIPADO, PRUEBA 4

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PASO 2: Descargar el programa a la tarjeta y modificar el valor del potenciómetro, y observar
lo que ocurre.
Nota: para apreciar la activación del motor, se colocó un LED en serie para que, mediante su
brillo, se destaque la intensidad en el giro del motor:

IMAGEN 314: MONTAJE DEL CIRUCITO, Y CON EL MOTOR DESACTIVADO (PWM CERCANO O IGUAL A CERO)

IMAGEN 315: MOTOR DC EN MOVIMIENTO EN RANGO MEDIO DE POTENCIA DE GIRO

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IMAGEN 316: MOTOR DC EN MOVIMIENTO EN RANGO ALTO DE POTENCIA DE GIRO

PRUEBAS A REALIZAR POR PARTE DEL ALUMNO

PRUEBA 1 PRUEBA 1: CÍRCULO CROMÁTICO CON LED RGB
PRUEBA 2 Realizar un sketch en Arduino que permita modificar los colores emitidos por un LED RGB. Los colores que se
debe mostrar deben corresponder a un círculo cromático. Para cada color habrá un valor entero definido (1,
2, 3…) y mediante botones se debe ascender o descender en el valor de los colores, mientras que con otro
botón el LED se deberá apagar y se reiniciará la cuenta. Si la cuenta es cero y se presiona el botón de descenso,
se debe colocar o iniciar con el valor más grande de los colores; si se llega al valor máximo y se presiona el
botón de ascenso, el LED RGB se colocará en cero y empezará la cuenta nuevamente. Además, mediante un
LED regular y un buzzer se indicará cuando un botón cualquiera sea presionado.
PRUEBA 2: ACTIVACIÓN Y DESACTIVACIÓN DE UN MOTOR DE FORMA MANUAL Y CON INDICADORES
Realizar un sketch en Arduino que permita realizar la activación y desactivación de un motor de DC y
velocidad. El encendido y apagado se realizará con un solo botón, el cual al presionarlo una vez deberá
encender y para apagarlo se debe presionar el mismo botón. Mientras está encendido tres botones activarán
tres velocidades: baja, media y alta, las cuales se indicarán mediante LED’s, uno por cada velocidad. Al estar
apagado, todo el sistema debe estar apagado. Adicionalmente un cuarto LED deberá encender de forma
intermitente y con una frecuencia proporcional al giro del motor y la velocidad configurada.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

Al término de la práctica, con sus pruebas de configuración básica y las sugeridas, el alumno
obtendrá las habilidades básicas para el control de determinados elementos que funcionan
con señales o voltajes analógicos y que, dependiendo de su valor, se puede graduar o
controlar su respuesta. Esto es importante sobre todo en aplicaciones donde ciertas
magnitudes como la temperatura, la humedad o la luminosidad, entre otras, puedan ser
manipuladas o controladas de acuerdo a las necesidades de un usuario o requerimiento
especial. Esto brinda la oportunidad de enfocar la curiosidad o el potencial creativo del
alumno para el desarrollo de prototipos o sistemas a escala.

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EVALUACIÓN

CRITERIOS/INDICADORES EXCELENTE BUENO SUFICIENTE INSUFICIENTE
(20 Puntos) (17 Puntos) (14 Puntos) (0 Puntos)
EJECUCIÓN DE
PRUEBAS DE Se ejecutan Se ejecutan Se ejecutan Se ejecutan de forma
correctamente TODAS adecuadamente TODAS adecuadamente parte regular o errónea buena
CONFIGURACIÓN parte de las pruebas de
BÁSICA las pruebas de las pruebas de de las pruebas de configuración solicitadas.
configuración solicitadas. configuración solicitadas. configuración solicitadas.
EJECUCIÓN DE La prueba presenta
PRUEBA 1 Y2 La prueba se ejecuta La prueba se ejecuta La prueba se ejecuta múltiples fallas en la
correctamente y adecuadamente, adecuadamente, lógica o requerimientos
EJECUCIÓN DE
PRUEBA 3 y 4 conforme a la lógica o conforme a la lógica o aunque se presentan 3 solicitados en el
requerimientos requerimientos fallas en la lógica o problema o no se lleva a
EJECUCIÓN DE solicitados en el solicitados en el requerimientos
PRUEBAS problema. solicitados en el cabo.
problema, presentado al problema.
SUGERIDAS La prueba se ejecuta menos 2 fallas La prueba se ejecuta La prueba presenta
correctamente y adecuadamente, múltiples fallas en la
REPORTE DE La prueba se ejecuta lógica o requerimientos
PRÁCTICA conforme a la lógica o adecuadamente, aunque se presentan 3
requerimientos fallas en la lógica o solicitados en el
solicitados en el conforme a la lógica o requerimientos problema o no se lleva a
problema. requerimientos solicitados en el
solicitados en el problema. cabo.
Las pruebas se ejecutan
correctamente y problema, presentado al Las pruebas se ejecutan Las pruebas presentan
menos 2 fallas adecuadamente, múltiples fallas en la
conforme a la lógica o
requerimientos La pruebas se ejecutan aunque se presentan 3 lógica o requerimientos
solicitados en los adecuadamente, fallas en la lógica o solicitados en los
problemas. requerimientos
conforme a la lógica o solicitados en los problemas o no se llevan
El alumno utiliza el requerimientos problemas. a cabo.
formato de prácticas solicitados en los El alumno utiliza el
formato de prácticas El alumno utiliza el
suministrado por el problemas, presentado suministrado por el formato de prácticas
docente, todas las al menos 2 fallas docente, al menos el
suministrado por el
secciones están El alumno utiliza el 60% las secciones están docente, pero menos del
correctamente formato de prácticas correctamente
documentadas, sus 50% de las secciones
evidencias y resultados suministrado por el documentadas, sus están correctamente
son claros y siguen las docente, al menos el evidencias y resultados documentadas, sus
especificaciones del 80% las secciones están son poco claros, aunque evidencias y resultados
son imprecisos, y no se
formato. correctamente siguen las
documentadas, sus especificaciones de siguen las
evidencias y resultados especificaciones de
son claros y siguen las formato.
especificaciones de formato.

formato.

BIBLIOGRAFÍA

Arduino: Sitio Oficial. (27 de Junio de 2016). Obtenido de https://www.arduino.cc

Fitzgerald, S., Shiloh, M., & Igoe, T. (2013). Arduino Projects Book. Torino, Italia: Arduino LCC.

Instruments, N. (2018). National Instruments México. Obtenido de
http://digital.ni.com/public.nsf/allkb/039001258CEF8FB686256E0F005888D1

Lajarra Vizcaíno, J. R., & Pelegrí Sebastiá, J. (2014). Sistemas Integrados con Arduino (Primera
ed.). México, DF: Alfaomega.

Tojeiro Calaza, G. (2015). Taller de Arduino: Un Enfoque Práctico Para Principiantes. Mexico,
DF: Alfaomega.

Torrente Artero, Ó. (2013). Arduino: Curso Práctico de Formación. México, DF: Alfaomega.

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PRÁCTICA 9: ACTUADORES BÁSICOS EN ARDUINO

INTRODUCCIÓN

SISTEMAS DE CONTROL RETROALIMENTADO

Un sistema de control es una interconexión de componentes que forman una configuración
del sistema que proporcionará una respuesta deseada. Por tanto un componente o proceso
que vaya a ser controlado puede representarse mediante un bloque tal como se muestra en
la figura:

IMAGEN 317: SISTEMA DE CONTROL EN LAZO ABIERTO (TOMADO DE "SISTEMAS DE CONTROL MODERNO" DE
RICHARD DORF)

La relación entrada-salida representa la relación entre causa y efecto del proceso, que a su
vez representa un procesamiento de la señal de entrada para proporcionar una señal de
salida, frecuentemente con una amplificación de potencia. Un sistema de control en lazo
abierto utiliza un regulador o actuador de control para obtener la respuesta deseada. Un
sistema de lazo abierto es un sistema sin realimentación.
En contraste, un sistema de control en lazo cerrado utiliza una medida adicional de la salida
real, para compararla con la respuesta de salida deseada. La mediad de la salida se
denomina señal de realimentación. Un sistema de control con realimentación en lazo cerrado
es aquel que tiende a mantener una relación precisa de una variable del sistema con otra,
comparando funciones de estas variables y usando la diferencia como un medio de control.

IMAGEN 318: SISTEMA DE CONTROL EN LAZO CERRADO (CON REALIMENTACIÓN) (TOMADO DE "SISTEMAS DE
CONTROL MODERNO" DE RICHARD DORF)

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RELEVADORES O RELÉS
Un relevador es un interruptor que puede ser controlador eléctricamente. Este dispositivo
también puede entenderse como un controlador electro-mecánico. Fue inventado por el
científico estadounidense Joseph Henry quien descubrió el fenómeno electromagnético de
auto-inductancia e inductancia mutua. Este principio le permitió crear un tipo de electroimán
que al activarse puede controlar a un interruptor.

IMAGEN 319: RELEVADORES, FORMA FÍSICA COMÚN

Los elementos principales de un relevador son:
1. bobina de cobre (1)
2. núcleo de hierro (2)
3. balancín (3,4)
4. contactos (5, 6, 7)

IMAGEN 320: PARTES DE UN RELEVADOR

Cuando una corriente eléctrica se hace pasar por la bobina esta induce un campo
magnético que permite que el núcleo de hierro actué como un electro-imán lo que hace
subir o bajar el balancín. Este efecto permite abrir o cerrar el paso de corriente por los

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contactos 5, 6 y 7. Siendo los contactos llamados común, contacto normalmente cerrado y
contacto normalmente abierto, respectivamente.
Los relevadores principalmente se usan en sistemas que requieran controlar una carga o usar
un interruptor que pueda ser controlado eléctrica o mecánicamente. Una de las aplicaciones
originales fue usarlos para diseñar máquinas de estado finito o autómatas. Una de las
aplicaciones actuales es el de controlar cargas inductivas o resistivas mediante pulsos de
control digital. Los relés también son usados en equipos de pruebas, sistemas de
comunicación, seguridad, medición, circuitos de potencia, inversores o sistemas de potencia
foto-voltaicos.

IMAGEN 321: RELEVADOR, FORMA FÍSICA Y DISPOSICIÓN DE TERMINALES (1 Y 2: CONTACTOS DE LA BOBINA, 4:
COMÚN, 5: CONTACTO NORMALMENTE ABIERTO, 3: CONTACTO NORMALMENTE CERRADO)

CONTROL DE GIRO DE MOTORES DE DC (PUENTE H)
Un Puente en H es un circuito electrónico que generalmente se usa para permitir a un motor
eléctrico DC girar en ambos sentidos, avance y retroceso. Son ampliamente usados en
robótica y como convertidores de potencia. Los puentes H están disponibles como circuitos
integrados, pero también pueden construirse a partir de componentes discretos.
La forma más común de hacer un puente H es usando interruptores de estado sólido (con
transistores), puesto que sus tiempos de vida y frecuencias de conmutación son mucho más
altas. Además los interruptores se acompañan de diodos que permitan a las corrientes circular
en sentido inverso al previsto cada vez que se conmute la tensión puesto que el motor está
compuesto por bobinados que durante varios períodos de tiempo se opondrán a que la
corriente varié.
Los motores eléctricos consisten en una armadura llamada estator que envuelve una pieza
móvil llamada rotor. En el rotor es donde se encuentra el eje móvil donde se entrega la energía
mecánica. Dependiendo del diseño del motor, la composición del rotor y del estator puede
variar.

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El principio de un motor es una pieza giratoria, un eje, con una serie de elementos magnéticos
que podrían ser bobinas o imanes naturales. Dicho eje se coloca en una armadura en la cual
se encuentra presente un campo magnético.
La experiencia nos dice que cuando tenemos un imán, el mismo tiene dos polos, el polo norte
y el polo sur. Si tenemos dos imanes con polos similares (Norte y Norte o Sur y Sur) y los
acercamos, habrá repulsión. Si tenemos polos distintos (Norte y Sur) y los acercamos, habrá
fuerza de atracción. Utilizando estas fuerzas de atracción y repulsión es como un motor
funciona.
El rotor, que posee elementos magnéticos, sean bobinas o imanes naturales, se someten a un
campo magnético variable. Dicho campo magnético varía varias veces por segundo, lo que
hace que las fuerzas de atracción-repulsión entre sus magnetos del rotor y el campo
magnético del estator provoquen que el rotor empiece a girar.
El campo magnético en el estator (armadura) lo proporciona un imán natural. En el rotor hay
bobinas que al energizarse provocan un campo magnético que reacciona con el campo
magnético del imán natural provocando el movimiento del rotor. La alternación del sentido
de la corriente provoca un cambio en el campo magnético en el rotor. Con esto se evita que
el polo norte del rotor se alinee con el polo sur del imán natural y se detenga el movimiento
rotatorio del eje.

IMAGEN 322: EFECTO DEL CAMBIO DEL SENTIDO DE LA CORRIENTE Y EL COMPORTAMIENTO EN LOS MAGNETOS DE
UN MOTOR DC

Utilizando como referencia un circuito Puente H con un interruptor, se ilustrará el
funcionamiento y el sentido de giro:

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IMAGEN 323: ELJEMPLO DE PUENTE H CON TRANSISTORES Y SWITCH

Con el interruptor SW1 el usuario decide si el motor gira a la izquierda, a la derecha o si se
detiene.
Cuando el interruptor está en la posición del centro, no hay voltaje aplicado a los transistores
por lo que permanecen en estado de corte. Recordemos que los transistores se utilizan como
interruptores y como dispositivos de control. Cuando se coloca el interruptor en la primera
posición (la superior), el comportamiento de la corriente es el siguiente:

IMAGEN 324: PUENTE H ACTIVADO, CON FLUJO DE CORRIENTE AL ACTIVAR SÓLO LOS TRANSISTORES Q1 Y Q4

La corriente fluye a través de Q1 y Q4. El motor gira en sentido horario. Si se cambia de posición
el interruptor entonces el motor gira en sentido anti horario:

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IMAGEN 325: PUENTE H ACTIVADO, CON FLUJO DE CORRIENTE AL ACTIVAR SÓLO LOS TRANSISTORES Q2 Y Q3

Los diodos en el diseño se han colocado para suprimir las posibles corrientes transitorias que
se puedan generar por la acción del motor, además de guiar la corriente en el sentido de
positivo a negativo.
Otras versiones de Puentes H son las mostradas en las imágenes siguientes:

IMAGEN 326: PUENTE H CON RELEVADORES

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IMAGEN 327: PUENTES H CON TRANSISTORES NPN (IZQ) Y COMBINACIÓN DE NPN Y PNP (DER)
IMAGEN 328: PUENTE H CON INTERRUPTORES

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IMAGEN 329: PUENTE H CON CIRCUITO INTEGRADO L293D

SERVOMOTORES
Un servomotor es un motor con un engranaje en el que se puede controlar un ángulo de giro
(entre 0° y 180°). Normalmente es alimentado por una tensión pequeña de aproximadamente
5 volts, ideales para aplicaciones que requieran movimientos precisos.

IMAGEN 330: DIFERENTES MODELOS DE SERVOMOTORES MICRO O MICROSERVOS

Las características principales de un servomotor son:
El par: fuerza que es capaz de hacer en su eje. El par también se puede llamar torque. Se suele
expresar en kg/cm, por ejemplo 3 kg/cm. A mayor par, mayor corriente de consumo del servo,
pero no suelen consumir mucho, dependiendo del tipo de servomotor.

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Velocidad: velocidad angular o de rotación.
Los servomotores poseen tres cables, a diferencia de los motores comunes que sólo tienen
dos. Estos tres cables casi siempre tienen los mismos colores, por lo que son fácilmente
reconocibles. Los colores dependerán del fabricante.

IMAGEN 331: ASIGNACIÓN DE SEÑALES DEL CABLEADO DE SERVOMOTORES

La necesidad de una señal de control para el funcionamiento de este tipo de motores hace
que sea imposible utilizarlos sin un circuito de control adecuado. Esto se debe a que para que
el circuito de control interno funcione, es necesaria una señal de control modulada. Para esto
se utiliza modulación por ancho de pulsos, es decir, PWM.

IMAGEN 332: DIAGRAMA DE BLOQUES REPRESENTATIVO DE UN SERVOMOTOR

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El diagrama de bloque del servomotor representa de forma visual el servomotor como un
sistema. El circuito electrónico es el encargado de recibir la señal PWM y traducirla en
movimiento del Motor DC. El eje del motor DC está acoplado a un potenciómetro, el cual
permite formar un divisor de voltaje. El voltaje en la salida del divisor varía en función de la
posición del eje del motor DC. Cuando el eje del motor modifica la posición del
potenciómetro, el voltaje en la terminal central varía. El potenciómetro permite que el circuito
de control electrónico pueda retroalimentarse con la posición del motor en un momento
dado.

IMAGEN 333: REPRESENTACIÓN GRÁFICA DEL VALOR DE LA SEÑAL DE CONTROL PWM Y SU EQUIVALENTE EN GRADOS

Las señales de PWM requeridas para que el circuito de control electrónico son similares para
la mayoría de los modelos de servo. Esta señal tiene la forma de una onda cuadrada.
Dependiendo del ancho del pulso, el motor adoptará una posición fija.
Debido a que los servomotores son alimentados entre 4 y 6 voltios, es posible asumir que el
voltaje de alimentación es casi constante para la mayoría de los modelos. Lo que no es igual
para uno u otro modelo de servomotor es el consumo de corriente. La corriente demandada
por un servomotor depende de diferentes parámetros:

 Fabricante y modelo del servo
 La inercia acoplada al eje del motor. Esto incluye la inercia del sistema de engranajes

y la de la carga que esté acoplada al motor.
 La velocidad de rotación aplicada al eje del servo
A mayor consumo de corriente, mayor demanda de potencia y por extensión, mayor
consumo de energía. Esto es especialmente importante a la hora de controlar este tipo de
motores con un microcontrolador. El consumo de corriente de un servo casi siempre es superior
a la capacidad máxima del microcontrolador, por lo que se recomienda utilizar fuentes
externas.

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OBJETIVO

Implementar sketches en Arduino y realizar las conexiones eléctricas necesarias para el control
de actuadores básicos y la implementación de sus etapas de potencia requeridas.

METODOLOGÍA

 Utilizar señales tanto digitales como analógicas vistas previamente para la
activación/desactivación de actuadores

 Implementar las etapas de potencias requeridas para los actuadores a utilizar:
o Control con transistor para Relevadores
o Puente H para Motores DC

 Analizar la librería para el control de servomotores
o Librería y rutinas de Servo.h

 Realizar las pruebas sugeridas

RECURSOS MATERIALES Y EQUIPO NECESARIO

 1 Arduino UNO REV 3 (Original o Genérica) con cable USB
 3 LED (Cualquier color)
 3 Resistores de 200 Ω o 300Ω
 4 Resistores de 1kΩ
 1 Potenciómetro (Cualquier Valor)
 4 Diodos de silicio 1N4007 o equivalente
 4 Transistores NPN (2N2222, BC548, TIP31C, 2N3904, etc.)
 1 Relevador a 5 V
 1 Motor DC (Máximo a 12 V)
 1 Microservo de 33 gr. de torque
 1 Pila 9V con broche
 Protoboard (Cualquier tamaño)
 1 Fuente o cargador de 6 a 12 V con plug compatible con Arduino
 Cables Conductores (Dupont M-M) o alambre estañado calibre 22
 IDE de Arduino®

CORRESPONDENCIA CON LA ASIGNATURA

UNIDAD NOMBRE TEMA(S) Y SUBTEMA(S) ACTIVIDADES, COMPETENCIAS U
5 OBJETIVOS
ARQUITECTURAS 5.3 – Características y uso
EMBEBIDAS O de elementos del Analizar el conjunto de terminales
microcontrolador y sus señales de interfaz con que
MICROCONTROLADORES
(MCU’s) 5.4.- Aplicaciones de los cuenta un microcontrolador
microcontroladores seleccionado.

Analizar un sistema mínimo y
plantear su aplicación en el
diseño de automatización de un

proceso simple.

P á g i n a | 226

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Nota: Por seguridad tanto personal como de los equipos y materiales involucrados, toda
prueba que involucre actuadores (sean activados por corriente directa, como motores o
servomotores, o activen elementos que funcionen con corriente alterna), se debe alimentar
la tarjeta mediante un cargador o fuente de poder que suministre de 6 a 12 V al momento de
hacer las pruebas para prescindir de la energía proveniente de la computadora. Un
cortocircuito en alguno de los elementos puede dirigirse directamente a la tarjeta o el equipo
de cómputo causando daños permanentes. Se recomienda programar la tarjeta primero sin
conectar componente alguno y después realizar el montaje de los componentes electrónicos.
Revise la práctica 1 en la sección “Conector o Plug para Fuente externa de alimentación”
para revisar el tipo de conector que la fuente debe tener para que sea compatible. No
conecte el cable USB y la fuente al mismo tiempo o dañará el regulador interno de la tarjeta
o el puerto USB de la PC.

PRUEBA 1: ACTIVACIÓN DE UN RELEVADOR

En esta prueba se mostrará la conexión básica para la etapa de potencia para un relevador,
que tendrá conectado a sus contactos normalmente abierto y cerrado dos LED, y a la terminal
común tendrá conectada una batería de 9V. Los materiales a utilizar son los siguientes:

ARDUINO® UNO R3 CABLE USB A A USB B 1 FUENTE DE 6 A 12 V 2 RESISTORES DE 220 Ω O
330 Ω

2 LED (CUALQUIER 1 RELEVADOR A 5 V 1 RESISTOR DE 1kΩ 1 TRANSISTOR NPN
COLOR) (CUALQUIER MODELO)

1 DIODO 1N4007 O 1 PILA 9V CON BROCHE CABLES DUPONT (JUMPERS) DOBLE PROTOBOARD
EQUIVALENTE MACHO

IDE DE ARDUINO

P á g i n a | 227
El diagrama de flujo a utilizar es el mismo empleado en la práctica 2, prueba 1, con
modificaciones en el elemento a activar; dicha lógica es la siguiente:

INICIO
ACTIVAR
RELEVADOR
ESPERAR 1
SEGUNDO
APAGAR
RELEVADOR
ESPERAR 1
SEGUNDO
IMAGEN 334: DIAGRAMA DE FLUJO, PRUEBA 1

PASO 1: Implementar el siguiente esquema eléctrico:

IMAGEN 335: DIAGRAMA 1, PRUEBA 1

P á g i n a | 228
Para la configuración del diodo 1N4007 consulte la imagen 229. Para el transistor NPN puede
consultarse la imagen 228, en el que se ocupa el transistor 2N2222; otros modelos y su
configuración de transistores se muestran a continuación:

IMAGEN 336: TRANSISTOR BC548, DISPOSICIÓN DE TERMINALES Y CORRESPONDENCIA CON EL SÍMBOLO ELÉCTRICO

IMAGEN 337: TRANSISTOR TIP31A, DISPOSICIÓN DE TERMINALES Y CORRESPONDENCIA CON EL SÍMBOLO ELÉCTRICO

IMAGEN 338: TRANSISTOR 2N3904, DISPOSICIÓN DE TERMINALES Y CORRESPONDENCIA CON EL SÍMBOLO
ELÉCTRICO

Consulte la hoja de datos del transistor que vaya a emplear para corroborar sus terminales.

P á g i n a | 229
Para el relevador, las disposiciones de terminales y de contactos se muestran a continuación,
basándose en la estructura de los fabricados por SunHold®:

IMAGEN 339: RELEVADOR, FORMA FÍSICA Y DISPOSICIÓN DE TERMINALES

Los números en los contactos y la disposición se corresponden a la vista inferior del relevador,
tal como se muestra en la imagen siguiente:

IMAGEN 340: RELEVADOR SUNHOLD®, DISPOSICIÓN DE TERMINALES DE ACUERDO AL DIAGRAMA DE LA IMAGEN
256

Otro relevador de la marca Songle®, que tiene la misma disposición de terminales, se muestra
en la imagen siguiente:

IMAGEN 341: RELEVADOR SONGLE®, DISPOSICIÓN DE TERMINALES DE ACUERDO AL DIAGRAMA DE LA IMAGEN 256

Nótese que en la imagen 258, el relevador tiene grabado la ubicación de los contactos y la
bobina interna. Consulte la hoja de datos del relevador que utilice para corroborar la
configuración.

P á g i n a | 230

El esquema de prototipado (aproximado) es el siguiente:

IMAGEN 342: ESQUEMA DE PROTOTIPADO DEL DIAGRAMA 1, PRUEBA 1

P á g i n a | 231
PASO 2: Descargar el programa generado en la práctica 2, prueba 1 (conservando el pin 13
o modificando el pin de salida al 3 como en el esquema, si se prefiere) y comprobar la
activación y desactivación del relevador; ésta se comprobará con el encendido y apagado
de los LED y por un sonido similar a un “clic”:

IMAGEN 343: RELEVADOR APAGADO O DESACTIVADO (LED VERDE: CONTACTO NC, LED AMARILLO: CONTACTO
NA)

IMAGEN 344: RELEVADOR ENCENDIDO O ACTIVADO (LED VERDE: CONTACTO NC, LED AMARILLO: CONTACTO NA)

PRUEBA SUGERIDA: Agregue otro relevador y efectúe secuencias de encendido; el esquema
debe repetirse por cada relevador.

P á g i n a | 232

PRUEBA 2: ACTIVACIÓN DE UN FOCO CON UN RELEVADOR

En esta prueba se utilizará el mismo esquema de la prueba anterior, pero con los aditamentos
necesarios para activar un foco; se tomará de base un sensor básico cuya señal
desencadenará la activación y desactivación del elemento incandescente. Recuerde las
precauciones indicadas al inicio de la práctica. Los materiales a utilizar son los siguientes:

ARDUINO® UNO R3 CABLE USB A A USB B 1 FUENTE DE 6 A 12 V 3 RESISTORES DE 220 Ω O
330 Ω

3 LED (CUALQUIER COLOR) 1 FOTORRESISTENCIA 1 RESISTENCIA DE 10 kΩ 1 RELEVADOR A 5 V

1 RESISTOR DE 1kΩ 1 TRANSISTOR NPN 1 DIODO 1N4007 O 1 FOCO DE AC CON
(CUALQUIER MODELO) EQUIVALENTE SOCKET

1 CLAVIJA AC (DOBLE POLO) 2 CAIMANES CINTA DE AISLAR PINZAS DE CORTE

EXTENSIÓN 2 PROTOBOARD CABLES DUPONT (JUMPERS) IDE DE ARDUINO
DOBLE MACHO

Los aditamentos extra de cables son para elaborar la clavija y la conexión necesaria para
conectar el foco y brindarle los conductores con seguridad.

P á g i n a | 233

El diagrama de flujo para el programa será el siguiente:

INICIO

LEER ESTADO DE LA
FOTORRESISTENCIA

NO VALOR SÍ
>=600
VALOR >=450 SÓLO
Y <=599 SÍ ENCENDER
LED 1 y LED 2;
SÍ SÓLO
ENCENDER FOCO
ENCENDER LED 1 y LED 2; APAGADO
LED 1, LED 2
NO VALOR FOCO
<=449 Y LED 3 Y APAGADO
FOCO

IMAGEN 345: DIAGRAMA DE FLUJO, PRUEBA 2

PASO 1: Armar la clavija (o bien obtener una de algún aparato viejo) y adaptarla como se
muestra a continuación:

IMAGEN 346: EXTREMOS DE UNA CLAVIJA, UNIDAS CON CINTA DE AISLAR A LOS CAIMANES