Parte importante de proyectos que utilizan microcontroladores es el shield. Microcontroladores con sensores y dispositivos de salida que requieren altas corrientes son fundamentales para el control de solenoides, relés, motores y otros dispositivos de alta potencia. Vea en este artículo cómo trabajar con estas interfaces importantes.
Las salidas de un microcontrolador, tales como los utilizados en el Arduino juntas sólo pueden suministrar corrientes de 40 mA a 5 V y 50 mA con 3 V.
Esto significa que si queremos controlar circuitos o dispositivos de corriente más alta no se puede hacer su conexión directa en estas placas.
Incluso teniendo en cuenta las situaciones en que controlar cargas de mayor potencia, si usamos todas las salidas simultáneamente para ello, corremos el riesgo de sobrecargar el microcontrolador, llevándolo al límite de su disipación.
Para controlar cargas de mayor potencia por encima de 50 mA, tenemos que utilizar algún tipo interfaz de capacidad más alta, generalmente conocida como "Shields".
Un Shield de salida no es más que un circuito de potencia, que a partir de las salidas del microcontrolador como Arduino, puede controlar una carga determinada.
Algunos Shields ofrecen la posibilidad para aislar la salida del circuito microcontrolado o el dispositivo controlado, agregando la seguridad que es especialmente importante cuando el circuito o dispositivo administrado está conectado a la red eléctrica.
En General, los Shields se pueden montar con facilidad, tanto experimentalmente en matrices de contactos (protoboards) o en definitivo en placas universales, y hay también la posibilidad de comprar la unidad montada.
Placas que contienen conjuntos de relés, puentes H son comunes para control de cargas de mayor potencia o con la característica de retrotracción.
Sin embargo, hay casos donde no existe la placa pronta o si hay el ofrece mucho más allá de lo que necesitamos.
Por ejemplo, podemos necesitar controlar una carga de potencia a través de un relé, pero sólo tenemos shields en venta con 4 relés.
Pagar cuatro y utilizar sólo uno, que además de ser un desperdicio, puede poner en peligro un proyecto en que se quiera ocupar el menor espacio posible.
En este caso, incluso es mejor montar el shield y para ello es necesario tener un circuito para este propósito.
En nuestro sitio web (www.newtoncbraga.com.br) tenemos varias opciones para estas interfaces usando componentes comunes para agregar funciones adicionales como, por ejemplo, una sincronización externa u otro dispositivo que no necesita ser programado.
Otra posibilidad es que si no existe un shield para lo que queremos hacer lo que requiere no un circuito proprio así como el circuito de sí mismo.
Por ejemplo, si estamos creando una alarma audible de alta potencia, más allá del circuito de potencia que implica, por ejemplo, un relé, también necesitamos de una sirena que será controlada.
Con la construcción de un escudo para esto, tenemos un enfoque diferente al problema: podemos hacer la sirena controlada por microcontrolador, por ejemplo, con la eliminación de muchos componentes de Arduino.
Eliminamos el relé y el control digital de la sirene. En este libro tenemos varios circuitos para ello.
Podemos usar shields, como el de la figura 3 que contiene una matriz de contactos para desenvolvimiento.
Más que eso, podemos usar nuestras simulaciones para verificar si un proyecto funciona no necesariamente utilizando un microcontrolador que está disponible en el simulador.
Por ejemplo, podemos simular el funcionamiento de un bloque, como se muestra en la figura siguiente, usando el generador de funciones ajustando la salida de pulsos rectangulares como los obtenidos en una salida de Arduino, como se muestra en la figura 4.
Basta ajustar el la salida del generador a para señales rectangulares de 3.3 V o 5 V y verificar si el bloque funciona, según sea el caso.
Veja que esta simulación tiene una lámpara de 5 V, pero la tensión puede ser mayor. En el ejemplo tenemos una lámpara de alta potencia controlado por el microcontrolador.
La electrónica
Placas de microcontroladores como el Arduino, MSP430, PIC y otros contienen la mayor parte de la electrónica que necesitan nuestros proyectos, más conocimientos básicos de electrónica son fundamentales para el desarrollo de un proyecto, excepto en algunos casos en que los shields no los hagan todo.
Conocer electrónica para saber qué conectar, cómo conectarse y qué programación debe hacer es esencial para los proyectos de estos tableros.
En la web del autor, además de una gran cantidad de artículos teóricos sobre circuitos, proyectos e interpretación de diagramas, tenemos el principio de funcionamiento de todo lo que es utilizado, e también el lector tendrá la posibilidad de comprar libros y cursos.
En particular, recomendamos los libros de nuestra serie de cursos como el Electrónica - Curso Básico, Curso – Electrónica Analógica - Electrónica Digital 1 y 2, y Electrónica de Potencia. (Brevemente en español)
Y por supuesto, al comprar su placa, Arduino, por ejemplo, será interesante contar con una serie de contactos y un buen stock de componentes básicos como transistores, resistores, capacitores, diodos, relés, LEDs, que en muchos casos pueden adquirirse en forma de kits.
Desde allí es solo crear tus circuitos, recordando la programación que tratamos más adelante.
Shields Sensores
De la misma manera que tenemos los circuitos actuadores, las señales que controlan nuestro proyecto pueden venir de los más diversos tipos de sensores.
Muchos de ellos pueden conectarse directamente a las placas, porque proporcionan señales compatibles como LDRs, termistores, micro switches, etc.
Sin embargo, en algunos casos, las señales no son compatibles con las entradas lo que requiere shields especiales para procesamiento en una forma apropiada de excitación.
En este caso, tenemos shields de sensores inerciales y señales de radio hasta los que reciben una señal de un teléfono celular, o control a través de conexión WiFi del tablet.
Aunque en algunos casos también se pueden montar estos shield, hay muchos de ellos que se pueden comprar.
Donde conseguir Shields
Analizando la información de Google, el lector encontrará varios proveedores de shield en este país, además de las propias placas Arduino y otros microcontroladores.
Los precios varían según que hace cada shield.
MOUSER ELECTRONICS también ofrece shields de una excelente calidad, únicos ofrecedoresde shields y no lo que le permite poner en duda su fiabilidad.
Simplemente accede a su web a través de nuestra publicidad y escriba en la búsqueda en la palabra « Shields » que el lector verá todas las opciones disponibles.
Programación
El lenguaje de programación utilizado en la mayoría de los casos no ofrece dificultades de aprendizaje.
El lenguaje C y C++ es la más ampliamente utilizada en muchos cursos y tutoriales en Internet.
En muchos casos, se puede encontrar programas de " sketchs " listos, que fácilmente pueden ser utilizados o adaptados para lo que deseamos.
Conclusión
De una época en la que incluso los componentes eran montados en casa, con cosas improvisadas, pasando a través de los componentes comunes y circuitos integrados en mercado se ha llegado al "maker" del siglo 21.
A partir de placas microcontroladas y shields casi cualquier proyecto se puede crear, desde robots y drones hasta vestibles, artículos para el hogar que en muchos casos pueden llegar a ser excelentes productos comerciales.