Este curso introduce al alumno a la electrónica y los Arduinos, comenzando desde lo más básico de un circuito eléctrico y finalizando con el diseño de circuitos de baja complejidad empleando dispositivos electrónicos programables. Durante el curso los alumnos aprenderán los fundamentos básicos de la electricidad y de la electrónica, conocerán los diferentes bloques empleados en el diseño de un circuito electrónico, aprenderán las bases del diseño de circuitos analógicos y digitales, y serán introducidos a la programación de estos últimos empleando la plataforma Arduino. El curso apunta a estudiante de último año de educación escolar y primer año de educación universitaria, o cualquier otro alumno con suficiente motivación como para llevar a cabo sus propios experimentos y seguir aprendiendo en el futuro. Si bien no es un requisito esencial, los alumnos que tengan nociones de cálculo diferencial e integral podrán entender mejor algunos tópicos específicos, que no son estrictamente necesarios para concluir el curso. El curso incluye demostraciones de dispositivos electromecánicos sencillos controlados mediante un Arduino. Cada circuito demostrativo lleva asociado un diagrama de conexiones y un programa, ambos debidamente explicados, para facilitar que sean replicados por los alumnos empleando la plataforma Arduino.
Diseño top-down
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Del curso dictado por Pontificia Universidad Católica de Chile
Electrones en Acción: Electrónica y Arduinos para tus propios Inventos
1311 calificaciones
Pontificia Universidad Católica de Chile
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De la lección
Periféricos
Este módulo pretende aplicar todo lo aprendido en módulos anteriores, en el diseño de ejemplos prácticos de sistemas electrónicos programables empleando sensores y actuadores.
Conoce a los instructores
Angel AbuslemeProfesor Asociado
Departamento de Ingeniería Eléctrica
Cristobal AlessandriEstudiante de Doctorado
Departamento de Ingeniería Eléctrica
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Hola. Bienvenidos a la última parte
de nuestro módulo 4, lección 3: Diseño mecatrónico.
En esta lección, veremos cómo hacer diseños top-down, luego hablaremos del
prototipo mecánico y, finalmente, integraremos todo con la electrónica.
El diseño mecatrónico incluye 3 partes:
el diseño mecánico, el diseño electrónico y el software.
Y estas 3 van todas comunicadas, todas se llevan a cabo en paralelo porque,
en general, todas interactúan, ¿cierto?.
El diseño mecánico no existe si no sé exactamente qué electrónica voy a poner.
De la misma forma,
el software no tiene sentido si no sé qué electrónica voy a tener.
Entonces, todo se lleva en paralelo.
Las especificaciones entre todas estas interactúan,
usamos mucho CAD (computer aided design, o diseño asistido por computador).
Y, si hacemos simulaciones, hasta ahorran mucho dinero.
Este es el esquema diseño top-down en general.
Este esquema se refiere a lo siguiente:
comenzamos definiendo especificaciones en general.
Lo más arriba posible, en la análisis del problema.
Con ello, dividimos en problema en bloques más pequeños
y conquistamos cada uno de ellos de manera independiente.
También tenemos que definir cómo interactúan los bloques, lo cual veremos
en la próxima iii Proseguimos con el diseño de cada bloque: de esta forma,
analizamos sus requerimientos, diseñamos a nivel de sistema; luego,
el diagrama de bloques de bajo nivel; luego, implementación y pruebas,
integramos, implementamos y, si funciona bien, estamos OK.
Cualquiera de estas otras si funciona mal tenemos que regresar,
ya sea diseño a nivel de sistema o análisis de requerimiento o
la que corresponda para sacar adelante este proyecto.
Esto es por cada bloque.
Una vez que la plataforma es funcional, programamos el software y el software nos
permite depurar, mediante simulación, experimentos en el hardware.
Entonces, este es un ejemplo de sensor, actuador, comunicación, alimentación,
procesamiento, acondicionamiento de señal y almacenamiento de datos.
Todo esto que es muy abstracto, se puede llevar habitualmente a un sistema real,
por ejemplo, tenemos un sensor de temperatura,
que sería este sensor; tenemos un procesamiento, que convierte de
análogo a digital, y nos permite calcular la temperatura a partir de un sensor.
Luego almacenamos datos comunicamos, por ejemplo,
desaguando datos cada 3 horas o lo que sea; puede ser a través de bluetooth,
puede ser a través de de puerto serial, puede ser a través de lo que dice ahí.
Y todo esto es alimentado mediante una fuente de alimentación.
Esto es dividir por bloques y, para cada bloque, tenemos especificaciones,
y estas son las especificaciones que, finalmente, nosotros incluimos aquí
para que cada bloque quede diseñado de manera correcta.
Esta es la forma de diseñar de manera top-down.
¿Cómo no se diseña?
No se diseña bottom-up que es justamente lo contrario.
Yo parto con un motor y digo, a ver, ¿para qué me puede servir este motor?
Y lo pongo en algo y veo si se mueve y si no se mueve no entiendo por qué.
Y eso es lo que no hacemos, lo que hacemos es top-down.
La parte del diseño mecánico típicamente se realiza mediante CAD.
Por ejemplo, el programa que yo utilizo bastante que se llama Google Sketchup,
que nos permite diseñar piezas mecánicas en general.
Y, luego, podemos fabricarlas a mano,
de acuerdo a las especificaciones de este software.
O mediante CNC o incluso podemos llevarlo a impimir a una impresora 3D.
Este es el caso de una impresa 3D, que están muy de moda,
y uno puede imprimir piezas con esta impresora.
El diseño electrónico pasa por definir bloques: controlador, sensores,
actuadores e interfaz, tal como lo vimos durante el resto de este MOOC,
luego diseñamos cada bloque por separado, y lo conectamos según lo planificado
en consideraciones que nos permiten crecer por software; por ejemplo,
podemos agregar, o dejar disponibles, más puertos de manera que en el futuro
esos puertos son conectados y los puertos nos permiten controlarlos.
Para hacer la implementación electrónica tenemos diferentes topologías:
podemos emplear un protoboard, que hemos estado usando hasta el momento durante
todos los ejemplos, o podemos un PCB estándar, que es un circuito impreso
con la forma de un protoboard, que podemos soldar usando un cautín, por ejemplo.
Podemos usar una PCB diseñada a mano, también, o podemos diseñarla mediante CAD.
Nosotros, generalmente, empleamos Eagle PCB,
que es un software que nos permite diseñar una PCB
y luego el ensamblado puede ser mediante soldadura manual o mediante horno.
El proto no lo usamos para diseños finales,
el proto es para probar, es para prototipos; si queremos que algo dure
usamos soldadura, soldadura manual como en este caso o a través de un horno.
Finalmente, viene la programación del software.
Ya pasamos por la parte mecánica, ya pasamos por la parte electrónica
y el software implica muchas iteraciones y el uso extensivo de bibliotecas,
que pueden crear gente como ustedes mismos.
Hay funciones típicas en bibliotecas como; por ejemplo: tone,
servo y otras más que hemos visto durante este MOOC.
El software nos permite actualizaciones; nosotros podemos actualizar el software
sin cambiar una pieza de hardware.
Eso es lo que llamaríamos actualizar el firmware, por ejemplo.
Pero, a veces, hay algunas iteraciones que requieren modificaciones de hardware.
Y, finalmente, si tenemos un hardware funcional,
por ejemplo, armamos un pequeño carrito que se mueve
y ese carrito lo podemos mover con diferentes instrucciones de software
podemos depurar el software de manera que el carrito haga lo que yo quiero que haga.
y no tengo que meterme a diseñar de nuevo, sino que hago todo desde el software.
Y eso concluye esta clase, muchas gracias.
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