Objetivos didácticos:

• Conocer y analizar el funcionamiento de los semáforos, distinguiendo el de peatones y el de coches.
• Comprender el funcionamiento de los actuadores en los semáforos y los principios existentes en la electrónica que los constituye.
• Programar mediante software tanto la recogida de datos como el accionamiento de dispositivos físicos de forma que respondan al comportamiento deseado.
• Analizar de forma crítica la irrupción de la automatización de procesos en nuestra cotidianeidad, introduciendo perspectiva accesibilidad e inclusión en dicho análisis.

Elementos curriculares involucrados (Saberes básicos):

Bloque A: Proceso de resolución de problemas.

• Estrategias de búsqueda crítica de información durante la investigación y definición de problemas planteados.
• Electricidad y electrónica básica para el montaje de esquemas y circuitos físicos o simulados. Interpretación, diseño y aplicación en proyectos.

Bloque B: Comunicación y difusión de ideas.

• Aplicaciones CAD en dos dimensiones para la representación de esquemas y circuitos electrónicos. (Uso de Tinkercad)

Bloque C: Pensamiento computacional. Programación y robótica.

• Algorítmica y diagramas de flujo.
• Sistemas de control programado. Montaje físico y programación sencilla de dispositivos.
• Fundamentos de la robótica. Montaje, control programado de robots de manera física.
• Autoconfianza e iniciativa: el error, la reevaluación y la depuración de errores como parte del proceso de aprendizaje.

Bloque D: Tecnología sostenible.

• Desarrollo tecnológico: creatividad, innovación, investigación, obsolescencia e impacto social y ambiental. Ética y aplicaciones de las tecnologías emergentes.

Relación con las competencias específicas:

• CE.PR.1. Abordar problemas tecnológicos con autonomía y actitud creativa, aplicando conocimientos interdisciplinares y trabajando de forma cooperativa y colaborativa, para diseñar y planificar soluciones a un problema o necesidad de forma eficaz, innovadora y sostenible.
• CE.PR.2. Aplicar de forma apropiada y segura distintas técnicas y conocimientos interdisciplinares utilizando operadores, sistemas tecnológicos y herramientas, teniendo en cuenta la planificación y el diseño previo, para construir o fabricar soluciones tecnológicas y sostenibles que den respuesta a necesidades en diferentes contextos.
• CE.PR.3. Describir, representar e intercambiar ideas o soluciones a problemas tecnológicos o digitales, utilizando medios de representación, simbología y vocabulario adecuados, así como los instrumentos y recursos disponibles y valorando la utilidad de las herramientas digitales, para comunicar y difundir información y propuestas.
• CE.PR.4. Desarrollar algoritmos y aplicaciones informáticas en distintos entornos, aplicando los principios del pensamiento computacional e incorporando las tecnologías emergentes, para crear soluciones a problemas concretos, automatizar procesos y aplicarlos en sistemas de control o en robótica.
• CE.PR.5. Hacer un uso responsable y ético de la tecnología, mostrando interés por un desarrollo sostenible, identificando sus repercusiones y valorando la contribución de las tecnologías emergentes, para identificar las aportaciones y el impacto del desarrollo tecnológico en la sociedad y en el entorno.

Relación con los criterios de evaluación:

• CE.E.1.

1.1. Idear y diseñar soluciones eficaces, innovadoras y sostenibles a problemas definidos, aplicando conceptos, técnicas y procedimientos interdisciplinares, así como criterios de sostenibilidad, con actitud emprendedora, perseverante y creativa.
1.2. Seleccionar, planificar y organizar los materiales y herramientas, así como las tareas necesarias para la construcción de una solución a un problema planteado, trabajando individualmente o en grupo de manera cooperativa y colaborativa.

• CE.E.2.

2.1. Fabricar objetos o sistemas robóticos mediante la manipulación y conformación de materiales, empleando herramientas y máquinas adecuadas, aplicando los fundamentos de estructuras, mecanismos, electricidad y fundamentalmente electrónica, respetando las normas de seguridad y salud correspondientes.

• CE.E.3. 

3.1. Representar y comunicar el proceso de creación de un producto desde su diseño hasta su difusión, elaborando documentación técnica y gráfica con la ayuda de herramientas digitales, empleando los formatos y el vocabulario técnico adecuados, de manera colaborativa, tanto presencialmente como en remoto.

• CE.E.4. 

4.1. Describir, interpretar y diseñar soluciones a problemas informáticos a través de algoritmos y diagramas de flujo, aplicando los elementos y técnicas de programación de manera creativa.
4.2. Programar aplicaciones sencillas para distintos dispositivos (ordenadores, dispositivos móviles y otros) empleando los elementos de programación de manera apropiada y aplicando herramientas de edición, así como módulos de inteligencia artificial que añadan funcionalidades a la solución.
4.3. Automatizar procesos, máquinas y objetos de manera autónoma, con conexión a internet, mediante el análisis, construcción y programación de robots y sistemas de control.

• CE.E.5. 

5.1. Reconocer la influencia de la actividad tecnológica en la sociedad y en la sostenibilidad ambiental a lo largo de su historia, identificando sus aportaciones y repercusiones y valorando su importancia para el desarrollo sostenible.
5.2. Identificar las aportaciones de las tecnologías emergentes al bienestar, a la igualdad social y a la disminución del impacto ambiental, haciendo un uso responsable y ético de las mismas.

Es conveniente utilizar alguna herramienta para diseñar nuestro circuito antes de proceder al montaje. De este modo evitaremos cometer errores con el cableado. Existen muchas herramientas online para este propósito y algunas de ellas como Tinkercad incluso permiten su simulación, pero tienen mayor limitación en las librerías de componentes, por lo que en este caso utilizaremos EasyEDA. 

Puedes encontrar un tutorial para crear tus diseños con EasyEDA pinchando aquí.

Como podemos observar en nuestro esquemático, vamos a conectar dos actuadores a nuestro Arduino. Ambos tienen  un pin a GND y otro a 5V, y cada uno de ellos tiene un pin de datos que asignaremos a los pines 2 y 3. 

La placa de Arduino tiene 3 pines conectados a GND y uno a 5v, por lo que haremos uso del adaptador incluido en el kit para la conexión a 5v o en su defecto se podría utilizar una placa de prototipado. 

Arduino tiene únicamente 1 pin a 5v y 3 a Gnd. 

En esta práctica, utilizamos el Zumbador que tiene 3 pines (5v, Gnd y Señal) y la tira led Neopixel que igualmente tiene otros 3 pines (5v, Gnd y datos). 

Para alimentar a 5v ambos actuadores, necesitaremos utilizar el conector multiplicador (1 a 4).  El pin de datos de la tira led irá según nuestra programación al Pin2 de Arduino y el del zumbador al Pin3 de Arduino. El Gnd del zumbador y el de la tira led, los conectaremos a cualquiera de los 3 pines habilitados para ello en Arduino sin necesidad de utilizar el multiplicador. 

Representamos lo primero de todo un diagrama de flujo que nos ayude a comprender el comportamiento de nuestro proyecto:

El siguiente paso, una vez hemos diseñado nuestro circuito es programarlo. Para ello abrimos el editor web de ArduinoBlocks y nos conectamos con nuestro usuario. Partiendo de un proyecto en blanco eligiendo como placa Arduino Uno, lo primero que haremos será sacar en pantalla nuestros componentes. 

En primer lugar arrastraremos al área de trabajo el Zumbador, que lo encontraremos dentro del bloque de actuadores. 

y haremos lo mismo con la tira led de NeoPixel, que la encontraremos en Visualización, NeoPixel.

Con esto ya tenemos todos los componentes que intervienen en nuestro circuito.

Ahora debemos asignarle a cada uno de ellos el Pin al que, en el paso anterior, hemos decidido que debe ir conectado. Para el Zumbador tendremos que modificarlo al Pin3 y deberemos asegurarnos que la Inicialización de la tira Led la hacemos sobre el Pin2. Además, podemos observar que la tira Led tiene otros 3 parámetros a los que debemos prestar atención. El primero de ellos es la codificación de colores que tiene nuestro componente. En nuestro caso "GRB" (green, red, blue). El segundo de ellos es la frecuencia, que fijaremos en 800Khz, y el tercero, indica el número de leds que compone la tira. En nuestro caso 8, pero debemos tener en cuenta que la posición del primer led se cuenta como 0, por tanto deberemos indicar 7.

Todas las opciones que podemos realizar con la tira de leds, las podemos encontrar  al seleccionar en "Visualización" el apartado "NeoPixel":  Las que vamos a utilizar son: iniciar, establecer brillo, limpiar, mostrar y establecer pixel # a un determinado color. 

• Establecer brillo - Como su nombre indica, haciendo uso de este parámetro vamos a poder determinar la intensidad del brillo de los leds. Su valor puede ir de 0 a 255, siendo 0 la intensidad mínima (apagado) y 255 la máxima. A mayor intensidad de brillo, mayor demanda de corriente tendrá nuestro circuito, por lo que este valor es muy importante a la hora de elegir el método de alimentación de la tira NeoPixel.  Cada Led consume unos 60mA (0,3W), dando color blanco intenso (20mA por cada componente de color) Esto supone un consumo de 9W para 30 LED, y 18W para 60 LED, lo que es mucha potencia en una fuente de 5V. Si nuestra tira demanda más potencia que la que puede obtener del propio Arduino, estaremos obligados a alimentar los leds con una fuente externa. Para no tener que recurrir a una fuente externa, en nuestro ejercicio, fijaremos la intensidad del brillo en 10.
• Establecer pixel # " " color - Gracias a este componente podemos determinar, teniendo en cuenta que el primer led ocupa la posición 0, de que color queremos que se ilumine un determinado Led. Si quiero que el led 2 de mi tira de NeoPixel se encienda de color rojo, bastará con configurarlo como: Establecer pixel # 1 color rojo. 
  
• Mostrar - Cualquier configuarción que haga, no será visible hasta que la muestre. Este componente lo utilizaremos cada vez que queramos mostrar un cambio. Para que el Pin 2 del apartado anterior se muestre en color rojo, tendremos que utilizar el bloque "mostrar". 
• Limpiar - Utilizaremos este componente cada vez que queramos eliminar cualquier configuración anterior. Sí quiero que el led 2 de mi tira que anteriormente lo hemos fijado a color rojo se apague, utilizaré este bloque. 

Todos estos valores, los  actualizaremos y pondremos en el bloque  de "Inicializar", para que de este modo, Arduino sepa que en el Pin2 va a tener conectada una tira NeoPixel de 8 leds.  

Vemos el código para las funciones. Todas se van a comportar igual salvo la diferencia de los colores, los leds que encendemos y el tiempo de espera para cada color. Definimos los pines 1 y 2 para encender en color verde. Los pines 3 y 4 para el color ámbar y por último, los pines 5 y 6 para el color rojo. El tiempo que permanece la luz de color roja y verde lo definimos en 10  segundos, (10.000 milisegundos) y el de la luz en ámbar lo fijamos en 3 segundos (3.000 milisegundos). 

Hay que tener en cuenta que la posición del vector de Leds para BitBlock comienza en 0. Por tanto, el primer led ocupa la posición 0, el segundo la posición 1, y así sucesivamente. 

Como nuestra tira tiene 8 pines, en nuestro ejercicio no utilizaremos ni el primero ni el último. 

encender verde: Esablecemos pixeles de las posiciones 2 y 3 a color verde, los mostramos y lo mantenemos así durante 10 segundos. 

encender ámbar : Esablecemos pixeles de las posiciones 3 y 4 a color ámbar, los mostramos y lo mantenemos así durante 3 segundos. 

encender rojo: Esablecemos pixeles de las posiciones 5 y 6 a color rojo, los mostramos y lo mantenemos así durante 10 segundos. 

sonar zumbador: Teniendo el zumbador conectado al Pin3 de Arduino, emitimos un sonido con frecuencia de 500Hz durante 1 segundo y al finalizar, esperamos 1 segundo. 

Es conveniente utilizar alguna herramienta para diseñar nuestro circuito antes de proceder al montaje. De este modo evitaremos cometer errores con el cableado. Existen muchas herramientas online para este propósito y algunas de ellas como Tinkercad incluso permiten su simulación, pero tienen mayor limitación en las librerías de componentes, por lo que en este caso utilizaremos EasyEDA. 

Puedes encontrar un tutorial para crear tus diseños con EasyEDA pinchando aquí.

Incorporamos el Arduino, buzzer y sensor ultrasónico a nuestro proyecto resultando del siguiente modo:

Puedes encontrar un tutorial para crear tus diseños con EasyEDA pinchando aquí.Como podemos observar, en nuestro esquemático, vamos a conectar un actuador (buzzer) y un sensor (sensor ultrasónico). Ambos tienen un pin a GND y otro a 5V, El zumbador tiene un pin de salida que conectaremos al número 2 de nuestra placa y en cambio, el sensor de ultrasonidos, tiene 2 pines, uno de salida o Trigger (le pide al sensor que envíe un tono ultrasónico)  que conectaremos al pin 3, y otro de entrada o echo (por el que se recibe el aviso de haber recibido el rebote del disparo inicial) que conectaremos al pin 4 de nuestra placa.

Arduino tiene únicamente 1 pin a 5v y 3 a Gnd. 

En esta práctica, utilizamos el Zumbador que tiene 3 pines (5v, Gnd y Señal) y el sensor de ultrasonidos, que tiene 4 pines (2 de datos, uno para Gnd y el otro para 5v).

Para alimentar a 5v ambos, necesitaremos utilizar el conector multiplicador (1 a 4). Utilizaremos cualquiera de los 3 pines Gnd del Arduino para conectar los Gnd del sensor y del zumbador.  El pin de datos del zumbador lo conectaremos al número 2 de nuestra placa y los dos pines (trigger y echo) del sensor de ultrasonidos irán respectivamente al 3 y 4 de la placa de Arduino. 

Como venimos haciendo hasta ahora, representamos un sencillo diagrama de flujo que nos ayude a comprender la ejecución del bucle: 

El siguiente paso, una vez hemos diseñado nuestro circuito es programarlo. Para ello abrimos el editor web de ArduinoBlocks y nos conectamos con nuestro usuario. Partiendo de un proyecto en blanco eligiendo como placa Arduino Uno, lo primero que haremos será sacar en pantalla nuestros componentes. 

En primer lugar arrastraremos al área de trabajo el Zumbador que lo encontramos dentro del bloque de "actuadores".

y haremos lo mismo con el sensor ultrasónico.

. Ahora debemos asignarle a cada uno de ellos los Pines que hemos planteado en nuestro esquema electrónico. Para el zumbador tendremos que asignarle el Pin2,  el Pin3 y Pin4 respectivamente para los pines Trig y Echo del sensor de ultrasonidos.

El puerto serie del Arduino sirve para poder comunicarse con el ordenador y de este modo, además de poder grabar en su procesador nuestros programas, nos sirve para visualizar en pantalla los valores de entradas y salidas que configuremos. 

En el caso que nos afecta, dentro del bucle principal, crearemos una variable que contendrá en cada momento el valor del sensor de distancia, que se verá modificada en función de la distancia a la que se encuentre un objeto de este. Aprovecharemos que este valor se actualiza en esta variable para mostrar su valor por pantalla gracias a la comunicación del puerto serie. 

Para inicializar el puerto serie, lo haremos directamente sobre el bloque de Inicializar, de ArduinoBlocks del siguiente modo:

En el planteamiento de nuestra solución, decidimos implementar 3 rangos de actuación determinados por la distancia a la que se encuentra el objeto. Cuando el objeto esta en la zona "lejos" el zumbador emitirá un tono grave y con una pausa de un segundo, si se encuentra en la zona "cerca", aumentará la frecuencia del tono y disminuirá la pausa a medio segundo y por último, si el objeto se encuentra "muy cerca", el zumbador deberá emitir tonos sin apenas pausa (50 milisegundos) y un tono lo suficientemente agudo como para advertir del peligro. 

Por ello configuramos 3 funciones que llamaremos desde el programa principal en función de que se cumplan dichas condiciones y que quedarán del siguiente modo: 

Es conveniente utilizar alguna herramienta para diseñar nuestro circuito antes de proceder al montaje. De este modo evitaremos cometer errores con el cableado. Existen muchas herramientas online para este propósito y algunas de ellas como Tinkercad incluso permiten su simulación, pero tienen mayor limitación en las librerías de componentes, por lo que en este caso utilizaremos EasyEDA. 

Puedes encontrar un tutorial para crear tus diseños con EasyEDA pinchando aquí.

El botón que vamos a utilizar tiene integrada una resistencia, lo cual facilita nuestro cableado. Tiene 3 pines (-,+ y S) y para la realización del esquemático, hemos buscado "button pull down", del cual utilizaremos el Pin1 como Vin (5v) el Pin3 como Gnd y el Pin2 como señal de entrada. 

En este proyecto contamos con 2 entradas, la señal de activación que proviene del sensor de movimiento que la conectaremos al Pin2 de nuestra placa y la que proviene del botón que irá conectada al Pin3 del Arduino. 

Como en los proyectos anteriores, el zumbador, en este caso conectado al Pin4, será una salida. 

Como en los ejercicios anteriores, hemos añadido el resto de componentes y una vez cableado queda de la siguiente manera:

El botón que vamos a utilizar tiene integrada una resistencia, lo cual facilita nuestro cableado. Tiene 3 pines (-,+ y S) y para la realización del esquemático, hemos buscado "button pull down", del cual utilizaremos el Pin1 como Vin (5v) el Pin3 como Gnd y el Pin2 como señal de entrada. 

En este proyecto contamos con 2 entradas, la señal de activación que proviene del sensor de movimiento que la conectaremos al Pin2 de nuestra placa y la que proviene del botón que irá conectada al Pin3 del Arduino. 

Como en los proyectos anteriores, el zumbador, en este caso conectado al Pin4, será una salida. 

 Finalmente, como ha ocurrido en los ejercicios anteriores, necesitaremos utilizar el conector 1 a 4 de 5v para poder alimentar el zumbador, el sensor PIR y el botón. En cuanto a las tomas de tierra (Gnd) podemos utilizar las 3 disponibles en la placa. 

Una vez más representamos en un diagrama de flujo nuestro reto para simplificar su programación. 

Utilizaremos la variable "alarma" para almacenar en ella el momento en el que la alarma se dispara por intrusión. Para crear la variable, recuerda que debes acceder en el menú lateral de ArduinoBlocks a la sección "Variables" y en este caso elegiremos una variable booleana (verdadera o falsa). La inicializaremos como falsa, y  obligaremos a que cambie a verdadera si el sensor de presencia informa de una intrusión. Así mismo, estableceremos la Interrupción RISING en el Pin3. Arduino Uno tiene únicamente dos pines que admiten interrupciones. Estos solo pueden ser el 2 y el 3.  

Es conveniente utilizar alguna herramienta para diseñar nuestro circuito antes de proceder al montaje. De este modo evitaremos cometer errores con el cableado. Existen muchas herramientas online para este propósito y algunas de ellas como Tinkercad incluso permiten su simulación, pero tienen mayor limitación en las librerías de componentes, por lo que en este caso utilizaremos EasyEDA. 

Puedes encontrar un tutorial para crear tus diseños con EasyEDA pinchando aquí.

En este caso, como indicaba al principio, vamos a implementar únicamente el diseño de las conexiones del servomotor. El resto del diseño forma parte de la tarea evaluable de este curso. 

Los servomotores tienen 3 Pines. Positivo, Gnd y datos. A continuación muestro el servo que he utilizado y como quedan las conexiones. 

Los servomotores pueden mover su posición de 0 a 180 grados.  En ArduinoBlocks, hay un apartado de "Motores" donde podremos encontrar los servos. Lo arrastramos al campo de trabajo y asignamos su pin de datos.