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INTRODUCCION A LA ELECTRÓNICA
E INTERACTIVIDAD
(captando el mundo fisico con arduino)
Conceptos de electronica (voltaje, corriente, ley Ohm, divisor tension, ...)
Introducción a las implicaciones práctizas del trabajo con sensores y actuadors
Protocolos de comunicación y entrada de datos (midi, serial, osc, ...)
Equipos comerciales (icube, kroonde, miditron) vs. sistemas de hardware libre (arduino)
Mapping. "naturalizando" los inputs
Alex Posada 2006
ELECTRONICA BÁSICA
La electricidad es el flujo de electrones a través de un conductor.
La electricidad se caracteriza por 4 conceptos que se relacionan
entre si. Voltaje, intensidad, resistencia y potencia.
VOLTAJE: Nivel de energia de los electrones respecto a un punto
de referencia (tierra, masa o ground). La unidad son Voltios.
INTENSIDAD o CORRIENTE: Es la cantidad de carga que atraviesa
el electrón por segundo. La unidad son Amperios.
RESISTENCIA: Es la capacidad de oposicion al paso de corriente
que tiene un material. La unidad son Ohmnios. Relaciona la corriente
y el voltaje.
POTENCIA: Es la energia consumida por un componente electrónico.
La unidad es el Vatio (Watts). Relaciona el voltaje y la corriente.
P=V·I
ELECTRONICA BÁSICA
COMPONENTES ELECTRÓNICOS:
FUENTE
PULSADOR
LAMPARA
TIERRA
CONDENSADOR
RESISTENCIA
VARIABLE CON
LUZ (LDR)
FUENTE
INTERRUPTOR
MOSFET
RESISTENCIA
DIODO
MOTOR
RESISTENCIA
VARIABLE
DIODO LED
ELECTRONICA BÁSICA
SERIE Y PARALELO
Circuito abierto y circuito cerrado
Circuito serie y paralelo
ELECTRONICA BÁSICA
LEY DE OHM
V=I·R
R=V/I
I=V/R
para
para
r = 10 Ohm
I = V / R = 5 / 10 = 0.5 A = 500mA
para
r = 20 Ohm
I = V / R = 5 / 20 = 0.25 A = 250mA
ra = rb = 1000 Ohm
Rtotal = ra + rb
I = V / Rtotal = 5 / 2000 = 0.0025 A = 2.5 mA
p = rb · I = 1000 · 2.5mA = 2.5V
ELECTRONICA BÁSICA
DIVISOR DE TENSION
Divisor de tension con un potenciometro:
Moviendo el potenciometro conseguimos
que p varie entre 0V y 5V.
Divisor de tension con sensor resistivo de
luz:
cuando varia la luz, la resitencia del LDR
varia y el valor del voltaje p cambia.
ELECTRONICA BÁSICA
DIVISOR DE TENSION
Pulsador con circuito flotatante
pulsado:
p = 5V
no pulsado: p = flotante (ruido)
Pulsador con division de tension. Sensores
digitales.
pulsado:
p = 5V (rpulsador = 0)
no pulsado: p = 0V (rpulsador = infinito)
ELECTRONICA BÁSICA
ELECTRONICA DIGITAL. BINARIO Y HEXADECIMAL
BIT: Unidad basica del codigo binario. 0 y 1. 2 estados
en electronica 5V = 1 , 0V = 0
asi podemos representar numeros binarios con señales electricas
NUMEROS:
000
0
001
1
010
2
011
3
100
4
101
5
110
6
111
7
BYTE (BINARIO Y HEXADECIMAL): 1byte = 8bits agrupados
00001000
8
0X08
10000000
128
0X80
(representacion base binario)
(representacion base decimal)
(representacion base hexadecimal)
ELECTRONICA BÁSICA
ELECTRONICA DIGITAL. MUESTREO, RESOLUCION Y PWM
MUESTREO: Para convertir una señal analogica a digital debemos
de muestrear con un conversor AD (analogico-digital)
La frecuencia de muestreo es el numero de muestras que se toman
por segundo. frecuencia del cd audio = 44100 Hz(muestras/segundo)
RESOLUCION: Es la precision en el muestreo.
Cantidad de bits que se utliza para representar las muestras. A
mayor resolución mayor precisión.
8 bits = 256 valores de amplitud
16 bits = 65536 valores amplitud (cd audio)
MODULACION ANCHURA DE PULSO
Pulsos constantes de longitud variable.
PWM = 100% > 5V
PWM = 0%
> 0V
PWM = 50%
> 2.5V (Valor medio)
¿QUE ES UN SENSOR?
El sensor es un dispositivo que nos permite transducir un parametro
físico en una señal eléctrica.
¿QUE ES UN ACTUADOR?
El actuador es un dispositivo que nos permite transducir una señal
eléctrica en un parámetro físico.
TIPOS DE SENSORES
- Interruptores y pulsadores
(botones, keyboards)
- Magneticos
(efecto hall)
- Piezoelectricos
(pads de bateria electronica)
- Presion o FSR’s
(pads de suelo, basculas, ...)
- Infrarojos (GPD12)
(Detectores para robots, theremin)
- Ultrasonidos (SRF04)
(sonars para robotica)
- Acelerometros (airbag, VR, navegacion)
- Flexores (datagloves)
- Inclinometros
- Fotoresistencias (ldr) y Fotodiodos (luz)
- Capacitivos (paneles tactiles)
TIPOS DE ACTUADORES
led (luz)
Reles (interruptores de potencia)
Solenoides (desplazamiento)
Motores DC
Motores paso a paso
(movimiento por pasos muy precisos)
Servomotores (control de posicion)
(1ms - 2ms anchura pulso)
Electrovalvulas
(valvulas electricas para gases y liquidos)
COMUNICACION ENTRE EL SOFTWARE Y EL
HARDWARE
Protocolos para computadoras
- PROTOCOLO SERIE (RS-232, RS-485 (balanceado),...)
(frecuencia, paridad, bits)
- MIDI (MUSICAL INSTRUMENTS DIGITAL INTERFACE)
Protocolo serie
Frecuencia = 31.25 Kbytes/seg
Mensajes de control (notas, ctrl) y mensajes de sistema
- OSC (OPEN SOUND CONTROL)
Protocolo por paquetes a traves de TCP/UDP
Muy rapido y efectivo
Comunicacion a través de internet
Sistemas inalambricos WIFI
SISTEMAS PARA ADQUISICION DE DATOS
Equipos comerciales VS sistemas hardware libre
¿Que es el hardware libre?
Crear y compartir diseños de equipos electronicos, y programas
relacionados con ellos, como los "drivers". 4 libertades.
Libertad de uso
Libertad de compartir
Libertad de modificacion (fuentes)
Libertad de distribucion
Un diseño se considera hardware libre si ofrece las 4 libertades del
software libre en el diseño del esquematico, el PCB y el fichero de
fabricacion.
hardware estatico (arduino) y hardware reconfigurable (VHDL, chips)
Ventajas mas importantes del hardware libre
- Los costes son mucho menores ya que no hay un interes
comercial (ventaja para el usuario)
- Acceso al codigo fuente de diseños y librerias que permite
personalizar y mejorar la aplicacion (ventaja para el
desarrollador)
Sistemas de hardware libre. ARDUINO
Es uno de los primeros proyectos de hardware libre que tiene
una gran acojida entre los usuarios.
Sistema para desarrollo de prototipos basado en microcontrolador
Atmega8 (AVR - ATmel). Interface USB.
Comunidad de usuarios
Gran numero de librerias
coste: 25¤
Sistemas comerciales
IcubeX
Fue el primer interface midi comercial para sensores. 1998
Digitizer
32 entradas analogicas - 8 salidas digitales
coste: 700¤
Wi-minidig
8 entradas analogicas
600¤
Sistemas comerciales
Atomic Pro (IRCAM)
2002-2003
Interface midi para sensores
16 entradas analogicas
coste: 600 ¤
Sistemas comerciales
miditron
2005
Interface midi
sensores y actuadores
20 puertos de I/O
150¤
Sistemas comerciales
Ehtersense (Ircam)
Nuevo sistema del ircam
32 canales, 16 bits
Comunicacion por OSC
coste: 1000¤
Sistemas comerciales
Wisebox
Nuevo sistema del ircam
8 canales, 16 bits
Comunicacion por OSC a través de wifi
coste: 950¤
Sistemas comerciales
Kroonde
La kitchen lab
Sistema inalambrico por radiofrecuencia
Comunicacion por UDP (osc y netsend)
coste: 1500¤
Sistemas comerciales
Toaster
La kitchen lab
Sistema de captura para 16 sensores
Comunicacion por UDP (osc y netsend)
coste: 900¤
Sistemas comerciales
Teleo
Makingthings with cycling74 (only for MAXMSP)
Sistema hardware modular multifuncion (muchos modulos)
Comunicacion por USB (mismo hardware que arduino)
coste: 200¤ c/u
Mapeo y acondicionamiento de señal de
sensores
El mapping es el proceso o algoritmo aplicado por software
para filtrar, suavizar y convertir señales procedentes de sensores
(datos en bruto) a salidas validas (datos faciles de entender).
Decidir que canales externos se comunicarán con que
canales internos, y de que forma lo harán
Tipos de mapeo:
- Mapeo 1 a 1 (mapeo directo sensor -> parametro)
- Mapeo varios a 1 (varios sensores -> un parametro)
- Mapeo varios a varios (entornos multimodales)
(sistema de mapeo mas potente)
Mapeo y acondicionamiento de señal de
sensores
SENSORES ---> MAPPING (sistema)
---> Excitadores
Mapeo y acondicionamiento de señal de
sensores
DIFERENTES FORMAS DE MAPEO
Mapeos sencillos
- Filtrado (algoritmos de media, ...)
- Reescalado (lineal o no lineal,...)
Mapeos complejos
- Redes neuronales (multilayer perceptron, ANN)
Mapeo y acondicionamiento de señal de
sensores
Red neuronal:
- solución de problemas complejos
- simulacion del cerebro humano
- aprendizaje adaptativo
- autoorganizacion
- tolerancia a fallos
- funcionamiento en tiempo real
aplicaciones para medicina, metereologia,
militar, prevision de patrones, sintesis de
voz, etc......
Maping en pure-data
HID : abstracciones y objetos para human
interface devices
La kitchen: abstracciones para mapping en
pure-data.
ANN: artificial neural networks en pure-data