Arduino: Definición, historia y usos

¿Qué es Arduino?

Arduino es un dispositivo programable que permite la interacción con dispositivos de hardware externos mediante programas de software. Los dispositivos de hardware que se pueden conectar a Arduino incluyen luces, sensores, actuadores, pantallas, parlantes y otros dispositivos electrónicos. Se pueden conectar a Arduino mediante cables o comunicación inalámbrica. Arduino se utiliza como una herramienta económica y fácil de usar para construir prototipos para diversos sistemas, como sistemas de monitoreo, fabricación y seguridad. No requiere experiencia previa en electrónica o programación de software. Además, es de código abierto, lo que significa que su código fuente está disponible para desarrolladores y especialistas de software. Esto dio como resultado que una amplia comunidad participara en la mejora continua del producto. Existen varios tipos de dispositivos Arduino que han ido evolucionando con el tiempo. Las versiones más nuevas de Arduino son más pequeñas, están equipadas con una memoria más grande y tienen funciones más avanzadas en comparación con las versiones anteriores. Ejemplos de tipos de dispositivos Arduino son Due, LilyPad, Esplora y Nano. 

Historia de Arduino

En 2004, Hernando Barragán estaba trabajando en su proyecto de maestría en el Interaction Design Institute Ivrea en Ivrea, Italia, bajo la supervisión de Massimo Banzi y Casey Reas. El objetivo del proyecto era desarrollar un dispositivo sencillo y fácil de programar para que los no especialistas interactúen con otros componentes eléctricos. Tom Igoe y Gianluca Martino se unieron al proyecto posteriormente y juntos desarrollaron y lanzaron la tecnología Arduino en 2005. Desde entonces, se han vendido más de diez millones de unidades de la famosa placa Arduino Uno.

Elementos de Arduino

La plataforma Arduino se compone de hardware y software. El hardware Arduino consta de componentes físicos integrados en la placa o conectados a ella. El software Arduino incluye todos los códigos que involucran comandos necesarios para que el hardware realice las tareas requeridas con precisión. Una característica sorprendente de Arduino es la capacidad de conectar escudos a la placa. Un escudo es una placa que se puede conectar a la placa principal para agregar más funciones. Por ejemplo, se puede conectar un escudo que se comunica con una pantalla táctil a la placa principal para que pueda interactuar con la pantalla táctil. Se pueden apilar muchos escudos uno encima del otro para permitir más capacidades.

hardwarearduino

La placa Arduino conecta diferentes componentes de hardware y permite la comunicación con dispositivos y módulos externos. Estos componentes varían de un modelo de Arduino a otro. Los siguientes son los principales componentes de hardware de Arduino:

• Microcontrolador: El microcontrolador es el cerebro de la placa. Recibe comandos y reacciona en consecuencia ejecutando estos comandos. La velocidad del reloj del microcontrolador determina la capacidad de respuesta de la placa. Esto depende del modelo del microcontrolador.
• Puerto USB: El puerto USB conecta la placa Arduino a una PC mediante un cable USB. El programador desarrolla y prueba programas de software utilizando Arduino IDE, que se instala en la PC antes de cargarlos en la placa.
• Chip USB a serie: El chip USB a serie convierte entre señales USB y señales serie. Permite que la placa se comunique con dispositivos externos mediante el puerto USB.
• Botón de reinicio: El botón de reinicio devuelve el microcontrolador a la configuración de fábrica eliminando todos los programas.
• Pines analógicos y digitales: estos pines transmiten y reciben señales de entrada analógicas y digitales, respectivamente. Se utilizan para intercambiar entradas y salidas entre la placa Arduino y componentes externos.
• Diodo emisor de luz (LED): el LED se utiliza como indicador visual para muchos propósitos, como prueba de códigos, indicación de encendido y otras notificaciones. Hay LED dedicados Tx y Rx, que indican la transmisión y recepción de datos, respectivamente.
• Memoria flash: Esta memoria almacena los programas que se cargan en la placa. Mantiene su contenido incluso cuando la placa está apagada.
• Memoria estática de acceso aleatorio (SRAM): La SRAM está dedicada a datos relacionados con la interacción con dispositivos conectados a la placa Arduino. Pierde su contenido cuando se apaga la placa.
• Memoria de acceso aleatorio borrable eléctricamente (EEPROM): Esta memoria almacena información distinta a los bocetos y conserva su contenido cuando la placa está apagada.

Software arduino

Para que el dispositivo Arduino realice las tareas requeridas con precisión, los programas de software deben escribirse y cargarse en la placa listos para su ejecución. Los programas Arduino, llamados bocetos, se escriben, compilan y convierten a código binario utilizando el entorno de desarrollo integrado (IDE) de Arduino. El IDE es una herramienta de programación multiplataforma de código abierto escrita en Java. Proporciona una interfaz para escribir y depurar bocetos y es compatible con Windows, MacOS y Linux. Arduino utiliza los lenguajes de programación C y C++ para escribir bocetos.

Hay dos funciones principales que se utilizan en un boceto:

1. setup() : esta función se ejecuta una vez al inicio de la ejecución de un boceto. Se utiliza para la definición e inicialización de variables, declaraciones de bibliotecas y todos los demás comandos que deben ejecutarse al comienzo del código.
2. loop() : La función de bucle ejecuta continuamente sus comandos como lo indica su nombre. Por tanto, es adecuado para la comunicación e interacción continua con dispositivos conectados. Los valores variables dentro de la función cambian con el tiempo en respuesta a cambios en las entradas. Esto da como resultado la generación de diferentes resultados como se esperaba según el diseño del boceto.

¿Para qué se utiliza Arduino?

Arduino se utiliza para crear varios tipos de aplicaciones. A continuación se muestran algunos ejemplos de estas aplicaciones:

• Aplicaciones de monitoreo: Arduino está programado para recibir lecturas de dispositivos como sensores y monitores, procesar estas lecturas y reaccionar adecuadamente. Ejemplos de aplicaciones de monitoreo son los sistemas de monitoreo de la contaminación del agua, los sistemas de seguridad de almacenamiento y almacenes, las alarmas contra incendios y humo y las computadoras de viaje.
• Sistemas de control: Arduino se utiliza para controlar dispositivos conectados transmitiendo comandos a estos dispositivos. Ejemplos de sistemas de control son drones, vehículos, robots y sistemas de control de cohetes.
• Hogares inteligentes: las aplicaciones de monitoreo y domótica se realizan utilizando Arduino. Estas aplicaciones incluyen administración de electrodomésticos activada por voz, dispositivos domésticos interactivos y sistemas de seguridad para el hogar.
• Ciudades inteligentes: estas aplicaciones incluyen temporizadores de cuenta regresiva de semáforos, contadores de espacios libres en estacionamientos, sistemas inteligentes de recolección de basura y sistemas de vigilancia.
• Entretenimiento: Arduino se utiliza para crear entornos de entretenimiento y mejorar los sistemas de entretenimiento existentes. Las aplicaciones incluyen juegos interactivos, consolas de juegos y actividades activadas por movimiento.
• Fabricación: Arduino es una opción adecuada para crear prototipos y pruebas de concepto para nuevos productos. Es más útil para productos que combinan y conectan diferentes tipos de sensores, como temperatura, calor, humo, humedad, movimiento, proximidad y otros sensores.
• Educación: Arduino es fácil de usar, fácil de programar y económico. Estas características lo convirtieron en el dispositivo más adecuado para aprender a diseñar, desarrollar y probar proyectos que involucran dispositivos electrónicos. Se utiliza amplia y exitosamente en muchas escuelas y universidades de todo el mundo.

Resumen de la lección

Arduino es un dispositivo programable que utiliza programas de software para interactuar con los dispositivos conectados. Comenzó como un proyecto de maestría cuyo objetivo era desarrollar una herramienta fácil de usar para construir prototipos de sistemas y se lanzó en 2005. Arduino consta de componentes de hardware como un microcontrolador, un puerto USB, un chip USB a serie y pines digitales y analógicos., botón de reinicio, LED, memoria flash, SRAM y EEPROM. Los escudos son placas Arduino que se pueden conectar a la placa principal para ampliar sus capacidades. Un boceto es un programa de software que se carga en la pizarra para poder ejecutarlo y realizar tareas. Los bocetos se desarrollan utilizando el IDE, que es una herramienta de programación multiplataforma de código abierto que proporciona una interfaz para escribir, depurar y cargar bocetos escritos en C y C++. Las dos funciones principales en un boceto son las funciones setup() y loop(). Arduino se utiliza en muchas aplicaciones, como aplicaciones de monitoreo, sistemas de control, hogares inteligentes, ciudades inteligentes, entretenimiento, fabricación y educación.