fundamentos de los computadores, programación, robótica

Sensores y actuadores: del mundo físico al eléctrico.

La electrónica es una herramienta muy versátil que nos permite hacer un montón de cosas; por ejemplo: tomar señales del mundo físico y llevarlas al mundo electrónico. Podemos procesar información, trabajar sobre esas señales que hemos adquirido y realizar acciones sobre el mundo físico. 

Los sensores y los actuadores:

  • Los sensores detectan formas de energía, como pueden ser luz o fuerza, y las convierten en una salida de información legible por un sistema electrónico.
  • Los actuadores también reciben una entrada y generan una salida, pero funcionan en sentido opuesto a un sensor. Un actuador es un transductor que recibe información y produce una salida, consistente en alguna forma de energía física.

Los sensores son los que nos permiten capturar señales del mundo físico; el procesador, que nos permite procesar estas señales y, luego, los actuadores, que nos permiten actuar sobre el mundo físico.

Sensores: son los que nos permiten adquirir señales y funcionan para diferentes variables: temperatura, presión, sonido, luz, distancia, aceleración, ángulo, señales eléctricas, gas, partículas, etcétera. Existe una infinidad de ellos.

Procesador: permite procesar información. Hay diversos tipos: analógicos, digitales. Dentro de los digitales, están programables o no programables.

Actuadores: nos permiten realizar acciones. Tenemos de diverso tipo, por ejemplo, sonido: un parlante. También existen de calor, por ejemplo, una estufa o una resistencia eléctrica.

La electricidad es crucial cuando queremos procesar información. Cuando pensamos en capturar, procesar o entregar señales, inevitablemente, pensamos en el uso de la electricidad

Ejemplos de sensores y actuadores:

  • Un micrófono convierte la energía acústica (vibraciones sonoras: oscilaciones en la presión del aire) en energía eléctrica (variaciones de voltaje). 
  • Un altavoz, sigue el camino contrario, transforma la corriente eléctrica en vibraciones sonoras. 
  • Una cámara digital, convierte la energía lumínica transportada por los fotones en corriente eléctrica. 
  • Una pantalla de ordenador sigue el camino inverso al anterior. Transforma la corriente eléctrica en energía lumínica a través de una matriz de puntos luminosos independientes. 
  • Un ventilador, convierte la energía eléctrica en energía mecánica (movimiento del aspa del ventilador).
  • Una estufa doméstica, transformando la energía eléctrica en térmica.

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¿Qué es la electrónica digital?

La electrónica digital o discreta es la electrónica basada en señales sobre las que sólo se identifica un conjunto finito de valores diferentes.

En contraposición, en la electrónica analógica las señales pueden variar de forma continua, es decir, no están reducidas a un conjunto de valores.

En una señal digital sólo se diferencia entre el valor alto de tensión y el valor bajo de tensión, por ejemplo 0 V y 5 V. En cambio, en una señal analógica se pueden registrar cualquier valor de tensión dentro de los márgenes de funcionamiento.

Las tecnologías actuales con las que se construyen los sistemas digitales trabajan especialmente bien cuando las señales se identifican con dos valores de tensión diferente.

Estos valores reciben denominaciones diferentes según el ámbito de trabajo, como verdadero y falso o bien 0 y 1 lógicos.

Trabajar directamente con información analógica resulta poco práctico si queremos procesar información digital en una computadora. Por lo tanto, hay que disponer de mecanismos para digitalizar la información, es decir, para codificarla utilizando sólo ceros y unos.

Las computadoras son sistemas digitales complejos. Entender y conocer las herramientas metodológicas para su diseño y síntesis nos abre el camino al desarrollo de sistemas digitales específicos. Los conceptos básicos del funcionamiento de las computadoras son conocimientos necesarios para aquel que quiera trabajar en el diseño de sistemas electrónicos, en la programación de los mismos o en el desarrollo de aplicaciones específicas que requieran cierto grado de optimización.

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Programación en Arduino

Arduino es una plataforma electrónica de código abierto basada en hardware y software de fácil aprendizaje y utilización.

Las placas Arduino pueden leer entradas (por ejemplo: un dedo en un botón o un mensaje de Twitter) y convertirlo en salidas: activar un motor, encender un LED, etc.

Podemos, por lo tanto, decirle a nuestra placa qué hacer enviando un conjunto de instrucciones al micro-controlador. Para enviar estos mensajes se utiliza un lenguaje de programación y el software Arduino (IDE: Integrated Development Environment , es decir, Entorno de Desarrollo Integrado).

(Descargar IDE: https://www.arduino.cc/en/Main/Software)

Ejemplo: código para sensor y LED

Por lo tanto, al contrario de otras tecnologías como pueda ser un ratón o un teclado, Arduino no es un hardware que se conecte y listo. Requiere de un proceso de configuración y aprendizaje previo y una programación para el micro-controlador.

¿Qué es un IDE o entorno de desarrollo?

Existen muchos entornos de desarrollo para muchos lenguajes de programación. Son herramientas que nos permite programar  y de alguna manera son como procesador de textos. Para escribir un mensaje podemos trabajar con Word o con el Bloc de notas (que es más básico); la finalidad es la misma: escribir mensajes. El IDE de Arduino es algo parecido, la única diferencia es que tiene ciertas herramientas que nos permitirán cargar el programa al micro-controlador.

Con los años, Arduino ha sido el cerebro de miles de proyectos, desde objetos cotidianos hasta instrumentos científicos más complejos. Una comunidad mundial de creadores (estudiantes, aficionados, artistas, programadores y profesionales) se ha reunido en torno a esta plataforma de código abierto; sus contribuciones se han sumado a una increíble cantidad de conocimientos accesibles que puede ser de gran ayuda para principiantes y expertos.