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Un poco de teoría

 

Hoy, mis queridos amigos, vamos a trastear con una de las primeras piedras con las que tropieza todo aprendiz de tecnólogo, sea estudiando electrónica (transistores, potenciómetros, ldr), sea aproximándose a la Robótica mediante Arduinos y Raspberry Pi varias. Hoy, mis estimados padawan, vamos a realizar una primera aproximación a la domótica.

 

Os recuerdo desde el principio que todo este material lo tenéis también disponible en mi Github:

https://github.com/agomezgar/tutoriales

, en la carpeta encendidoAutomaticoLamparas.

 

 

Como ya sabéis los que sois alumnos míos, existe un tipo especial de resistencia llamada LDR (Light Dependent Resistor) que tiene la curiosa propiedad de variar su resistencia eléctrica en base a la cantidad de luz que le llega. Así, cuanto más iluminada esté la estancia en la que se halle dicho elemento, menos resistencia presentará, y al revés.

 

Como ya podéis imaginar, podemos utilizar esta curiosísima propiedad para implementar circuitos electrónicos que reaccionen  automáticamente a los cambios en la luz. De hecho, los que cursáis 4º de Tecnología Robótica conmigo (por mencionar alguna materia), hacéis este montaje al principio del 1º trimestre:

 

protoboardLDRTransistor

 

¡Efectivamente!. Es un circuito que enciende un LED cuando el nivel de luz baja de un nivel determinado. Dejad que ponga un esquema para mejorar la comprensión del no iniciado:

 

esquemaLDRTransistor

 

Aunque no es el objeto de este artículo, diremos que en este circuito, la resistencia LDR trabaja en modo divisor de tensión con una resistencia (utilizamos un potenciómetro de unos 10 kiloohmios para poder regular en qué momento queremos que salte el sistema, independientemente de la cantidad de luz). Cuando la cantidad de luz baja de un valor determinado, su resistencia sube hasta un punto en el que la tensión que consume pasa de los 0,7-1 V que precisa la base del transistor para entrar en conducción y conseguir que el emisor nos encienda el LED.

 

Por supuesto, los puristas encontrarán multitud de fallos en esta explicación. Sólo puedo contestar una cosa: estamos en ESO. Tengo dos horas por semana para explicar un libro entero. Los chicos lo montan y lo entienden. Saben que su profe no es perfecto.

 

Fin de la cita.

 

El caso es que nosotros queremos ir un paso más allá, y queremos montar lo que será el principio de un sistema Domótico para nuestra casa. Artesanal, pero funcional. Y domótico. ¡Cómo me gusta esta palabra!. ¡Repetid conmigo!. ¡DOMÓTICA!, ¡DOMÓTICA!.

 

Volviendo a nuestro trabajo, decir que el circuito que hemos montado está muy chulo, pero adolece de dos problemas:

 

  1. Estamos trabajando a un nivel de 5 V, en corriente continua. Una instalación doméstica trabaja a 230 V (en monofásica), en corriente alterna (¡CUIDADITO CON ESTO!)
  2. A pesar de que el potenciómetro nos permite ajustar este sistema para distintos niveles de luz, nos gustaría automatizarlo un poquito más. Poder decidir si quiero encender durante un tiempo determinado, o emitir una señal sonora que avise que se han encendido las luces, ¡no sé!, ¡me he levantado caprichoso!.

Es por ello que en este artículo vamos a elevar la dificultad de este montaje, con las siguientes adiciones:

 

  • Vamos a trabajar con una tarjeta Arduino. Una sencillota, de las que se pueden comprar en ¡casi! cualquier tienda de Informática o Electrónica hoy en día. Una Arduino Uno, por ejemplo. Su precio no debería exceder de unos 25 € (en el momento en el que escribo esto).
  • Vamos a utilizar un RELÉ. Un relé es una bobina asociada a un conmutador que lo activa cuando dicha bobina es recorrida por una corriente continua de valor determinado.

 

rele arduinoUno

 

 

¡Ojo! Disclaimer (aviso de descarga de responsabilidad, vamos)

 

Cuando mis alumnos hacen este tipo de prácticas en el taller, realizan todas las conexiones sin carga (todo desconectado) y están mentalizados y adiestrados para seguir una serie de normas mínimas de seguridad y prevención de accidentes. Esto quiere decir que realizan los montajes que les propongo, pero la parte de potencia (230 V en monofásica, remember) se limitan a conectarla, revisarla varias veces, y después me llaman a mí para que realice la comprobación (previa revisión por mi parte, por supuesto). Al fin y al cabo, yo ya tengo la garantía caducada.

 

Eso quiere decir que, si no tienes formación adecuada en la manipulación de circuitos eléctricos a tensión doméstica, ni tampoco te ayuda ningún adulto con la formación adecuada, no realices esta práctica en tu casa. Punto. Limítate a hacer los circuitos de control (lo que tiene que ver con Arduino, que son sólo 5 V). No queremos que corras riesgas innecesarios.

 

Ok, lo pillo, no trastear con electricidad real si no sé lo que hago. ¿Y ahora qué?.

 

Bueno, en primer lugar, vamos a experimentar con el convertidor Analógico/Digital de nuestra querida Arduino para que lea el valor entre 0 y 5 V que le enviará un LDR conectado en divisor de tensión con nuestro potenciómetro. Aquí el esquema básico:

 

EncendidoLDREsquemaDigitalProtoboard

 

Entre 5 V y tierra (Ground, GND, 0 V... lo que prefieras) conectamos nuestro potenciómetro de unos 10 kΩ  en serie con la resistencia LDR.  En la conexión entre ambos, leeremos la tensión en la patilla A0, que variará de acuerdo a la cantidad de luz que incida en el semiconductor:

 

encendidoLDREsquemaDigitalConexiones

La rueda del potenciómetro la dejaremos a medio recorrido, de modo que luego podamos utilizarla para ajustar nuestro circuito y que salte, encendiendo el LED,  a distintos niveles de cambio de intensidad lumínica.

 

Una vez lo hayamos montado, vamos a probar el siguiente código:

 

[code]
void setup(){
Serial.begin(9600);
}
void loop(){
int valor=analogRead(A0);
Serial.println(valor);
delay(100);
}
[/code]

Este código tan sencillo prepara el canal serie en el bucle void, para a continuación leer el valor registrado en A0 enviado por el LDR, y que variará entre 0 y 1024, que imprimirá en el puerto serie cada 100 ms. A mayor valor, se entiende que hay menos luz.

 

Después de volcar el código en nuestra Arduino, pondremos en marcha el canal serie (ya sabes, el botoncito que está a la derecha en nuestra IDE y leeremos los valores registrados:

 

 

Tomaremos nota de los valores que nos está enviando la Arduino según tapemos la LDR con la mano o no, de modo que decidamos el valor a partir del cual haremos que se encienda el LED en nuestro próximo experimento. Por ejemplo, según tapemos o no el LDR, vemos que los valores pasan de un rango de 600, 605, 610... a 900,905,910... Entonces escogeríamos como valor de conmutación un valor intermedio, como 750, por ejemplo.

 

Una vez hecho esto, perfeccionamos el código para hacer que el LED se encienda:

 

[code]
void setup(){
//Mantenemos el puerto serie con fines de depuración
Serial.begin(9600);
//Preparamos la entrada 8 para que funcione como salida
pinMode(8,OUTPUT);
}
void loop(){
int valor=analogRead(A0);
Serial.println(valor);
if (valor>750){
digitalWrite(8,HIGH);
}else{
digitalWrite(8,LOW);
}
delay(100);
}
[/code]


Nótese que hemos resaltado una línea de color. Dependiendo del valor que pongamos ahí (entre 0 y 1024), Arduino conmutará el LED en unas condiciones de luz u otras. Una vez que hayamos volcado el código, si no queremos modificarlo y llevamos el circuito a otra estancia en otras condiciones lumínicas, utilizaremos la rueda del potenciómetro para reajustar.

 

Haz la prueba. Implementa este montaje, decide qué valor va a provocar el encendido/apagado del LED (750-800 suele ser adecuado en la mayor parte de situaciones) y pruébalo. Si funciona podemos pasar (aquellos que lo puedan hacer en condiciones seguras) a la siguiente fase. A partir de aquí, no necesitamos tocar nada en la Arduino (salvo, si cambian las condiciones de luz, podemos querer ajustar la respuesta mediante el potenciómetro).

 

¡Funciona!. ¡Soy un genio/-a! ¡Ahora a encender una bombilla real!

 

Bueno, pues lo único que vamos a hacer va a ser sustituír el diodo por un relé. ¿Qué es un relé?. La definición más básica es la de un interruptor/conmutador que no se acciona manualmente, sino que va asociado a una bobina que sometida a tensión continua, se convierte en un electroimán, accionando el contacto central, tal y como se ve en este gracioso GIF que te repito:

 

rele

 

Lo mejor de estos cacharritos es que podemos accionar la bobina en corriente continua con tensiones muy pequeñas (de 5 a 12 V), mientras que los contactos del conmutador pueden trabajar en corriente alterna a más de 230 V. Por eso suponen el enlace de lo que es nuestro circuito de control (lo que ya hemos hecho hasta ahora) con el circuito de potencia o de fuerza que alimentará a nuestra bombilla.

 

Nosotros utilizaremos un módulo de relés especialmente diseñado para Arduino. Son baratos y bastante fáciles de conseguir:

 

rele1

 

Además de sencillos de utilizar: por un extremo, siempre tienen dos patillas para alimentación (5 V y tierra), y luego una patilla para conectar a la Arduino, y que conmutará el relé correspondiente si aparece un "1" en dicha patilla. En el otro extremo, tenemos tres contactos: el central (C), el normalmente abierto (NO, Normally Open) y el normalmente cerrado (NC, Normally Closed). Conectaremos la fase de nuestro circuito de fuerza al contacto C, el contacto NO a nuestra bombilla, y de ahí al neutro (cable de vuelta) del circuito. Una imagen vale más que mil palabras:

 

ConexionReleLampara

 El esquema completo sería más o menos así:

 

encendidoAutomaticoEsquemaPotencia

 

Desde el punto de vista de la protoboard, la pintar sería más o menos ésta:

 

EsquemaPotenciaProtoboard

 

 

Me ha salido y estoy muy orgulloso de mí mismo. ¿Qué más puedo hacer?.

 

Bueno, si has comprendido la mecánica del asunto, todo lo que avances hacia tus propios dominios domóticos dependerá de tí. Como ves, podemos utilizar tarjetas como Arduino para crear circuitos de control programables que lean información de varios sensores (luz, LDR; temperatura, termistores; micrófonos para sonido; etc...) y que reaccionen activando/desactivando los actuadores correspondientes a tensión real, utilizando relés como enlaces que separen de modo seguro ambas fases (control y fuerza). De todos modos, no me cansaré nunca de repetir que los trabajos con corriente real son peligrosos. Sigue siempre todas las medidas de seguridad que el profesor haya impuesto en el taller; nunca hagas ninguna conexión si el dispositivo está enchufado; utiliza el polímetro como el profe te haya indicado para buscar errores y falsas conexiones...

 

Nunca olvidaré lo que me dijo un profesor en la Universidad a este respecto: "Sigue siempre estas pautas de trabajo:

  1.  Asegúrate de haber desconectado todos los PIA (Pequeños Interruptores Automáticos) antes de realizar ninguna manipulación.
  2. Revisa visualmente la instalación, en busca de más elementos potencialmente peligrosos antes de meter las manos.
  3. Repite el paso 1.
  4. Repite el paso 2.
  5. LLAMA AL MÁS TONTO DE TU CUADRILLA Y HAZ QUE TOQUE ANTES QUE TÚ.

Bueno, por mi parte eso es todo. ¡Seguid disfrutando!. ¡Seguid creando!. ¡Hasta la próxima!.

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Comentarios  
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