Electrònica i Robòtica

L'electrònica és una ciència que es pot implementar d'una manera molt senzilla a la robòtica. En aquest article es remarca diferents característiques i components que pertanyen a l'electrònica i que es poden utilitzar a la robòtica. Per finalitzar es pot veure diferents aplicacions que es poden crear amb un robot a partir de l'electrònica.

Característiques de l'electronica

Electricitat: És la circulació d'electrons amb un material conductor, la qual s'estableix a partir del desplaçament d'electrons des del pol negatiu al pol positiu.
Voltatge: Si entre dos punts d'un conductor no existeix diferència de càrregues elèctriques, el voltatge entre tots dos punts és zero. Si entre aquests dos punts apareix un desequilibri de càrregues, apareixerà un voltatge entre tots dos punts, el qual serà major a mesura que la diferència de carreres sigui també major.
Intensitat de corrent: És la quantitat de càrrega elèctrica que passa en un determinat temps a través d'un punt concret del material conductor. Es sol considerar que en un circuit el corrent flueix del pol positiu al pol negatiu a través del material conductor.
Corrent Continu (DC): És aquella en la qual els electrons circulen a través del conductor sempre en la mateixa direcció. Per tant sempre manté la mateixa polaritat.
Corrent Altern (AC): És aquella en què la magnitud i la polaritat del voltatge varien cíclicament. Els pols positiu i negatiu s'intercanvien alternativament al llarg del temps.
Resistència elèctrica: És la capacitat que tenen els materials per oposar-se al pas del corrent elèctric a través d'ell.
Llei d'Ohm: Sí un component elèctric amb resistència interna és travessat per un intensitat de corrent entre tots dos extrems d'aquest component existir una diferència de potencial. V=I*R
Potència: És l'energia que consumeix un component en un segon.
Senyal digital: És aquella que només té un nombre finit de valors possibles (valors discrets).
Senyal analògic: És aquella que té infinits valors possibles dins d'un rang determinat.
Senyal periòdic: És aquella que es repeteix després d'un cert període de temps.
Senyal aperiòdica: És aquella que no es repeteix.
Circuit amb Connexió en sèrie: La tensió disponible es repartirà entre els diferents components, de manera que cadascun treballi sotmès una part de la tensió total. La tensió total serà la suma de les tensions en cada component. D'altra banda, la intensitat de corrent que circularà per tots els components en sèrie serà sempre la mateixa, ja que només existeix un camí possible per al pas dels electrons.
Circuit amb Connexió en paral·lel: A tots els components se'ls aplica la mateixa tensió per igual. D'altra banda, la intensitat de corrent total serà la suma de les intensitats que passen per cada component, ja que existeixen diversos camins possibles per al pas dels electrons.

Components de l'electrònica

Resistencies Pull-up i Pull-down: Són resistències que serveixen per assumir un valor per defecte del senyal rebut en una entrada del circuit quan per ella no es detecta cap valor concret, que és el que ocorre quan l'entrada no està connectada a gens, és a dir, està a l'aire.
Fonts d'alimentació elèctrica: És l'element responsable per generar la diferència de potencial necessari para perquè flueixi el corrent elèctric per un circuit i així puguin funcionar els dispositius connectats a aquest.
Pila: Són generadors d'electricitat basats en processos químics normalment no reversibles i, per tant, només generadors no recarregables.
Bateria: S'aplica generalment dispositius electro químics semi reversibles que permeten ser recarregats.
Resistència: És un component electrònic utilitzat simplement per afegir una resistència elèctrica entre dos punts d'un circuit. D'aquesta manera podrem distribuir segons ens convingui diferents tipus i corrents al llarg del nostre circuit.
Potenciòmetre: És una resistència de valor variable.
LDRs: Són resistències que varien segons la quantitat de llum que incideix sobre ells, per la qual cosa es poden utilitzar com a sensors de llum.
Termistor: Són resistències que canvien el seu valor segons variï la temperatura ambient pel que es poden utilitzar com a sensor de temperatura.
FSRs: Són resistències el valor de les quals depèn de la força opressió a la qual són sotmesos.
Díode: És un component electrònic amb dos extrems de connexió que permet el pas lliure del corrent elèctric solament en un sentit bloquejant els el corrent flueix en el sentit contrari.
LED: És un díode que té la característica que emet llum quan el corrent elèctric ho travessa.
Condensador: És un component la funció bàsica del qual és emmagatzemar càrrega elèctrica en quantitats limitades, de manera que aquesta es pot utilitzar en ocasions molt puntuals a manera de font d'alimentació alternativa.
Transistor: És un dispositiu electrònic que restringeix o permet el flux de corrent elèctric entre els contactes segons la presència o absència de corrent en un tercer. Es pot entendre com una resistència variable entre dos punts, el valor dels quals és controlat mitjançant l'aplicació d'una determinada corrent sobre el tercer punt.
Polsador: És un tipus d'interruptor en el qual s'estableix la posició d'encès mitjançant la pulsació d'un botó gràcies a la pressió que s'exerceix sobre una làmina conducte d'interna. Al moment de cessar la pressió sobre aquest botó, un moll fa recobrar a la làmina la seva posició primitiva tornant a la posició d'obert.
Regulador de tensió: És un component electrònic que protegeix parts un circuit. La seva funció és proporcionar, a partir d'un voltatge rebut fluctuant dins d'un determinat rang, un altre voltatge regulat a un valor estable i menor.
Plaques de Prototipat (breadboard): És una placa perforada amb connexions internes en la qual podem inserir les potes dels nostres components electrònics tantes vegades com vulguem, realitzant així les connexions dels nostres circuits sense tenir la necessitat de soldar res.

Implementació de l'electrònica a la robòtica

Amb l'ajuda de l'electrònica podem arribar a implementar multitud d'aplicacions. A continuació recollim una petita selecció:

Arduino: Semàfor interactiu

Semàfor interactiu

Es tracta de construir un sistema de semàfors que controli el pas dels cotxes i dels vianants, de tal manera que inicialment, el semàfor dels cotxes està en verd, quan un vianant decideix creuar la via on passen els cotxes, haurà de prémer un polsador que està instal·lat en el semàfor dels vianants.
Una vegada pressionat, el semàfor dels cotxes passarà a color groc i després a vermell detenint els cotxes, una vegada ens hem assegurat que els cotxes estan parats, el semàfor dels vianants que inicialment estava en vermell pasa a verd, de manera que el vianant pot començar a creuar. Notarem que al vianant se li acaba el temps de creuament perquè la llum verda començarà a parpellejar.
Una vegada passat aquest temps, el semàfor dels vianants passa a verd, mentre el dels cotxes passa a verd, quedant-se en aquest estat fins que un altre vianant decideixi a creuar i pressioni el polsador.

Arduino: Efecte seguiment amb Leds

Leds amb efecte seguiment

Amb 10 Leds, Arduino simula l'efecte de les llums del cotxe fantàstic, de manera que provoca un efecte desplaçament de les llums.
En realitat, quan s'analitza el codi del programari que fa aquest efecte, no deixa de ser un encès seqüencial de cada Led seguit d'un apagat de tots us Leds durant 65 ms per tornar-se a encendre el següent Led i així successivament, quan es detecta que arriba a un extrem, s'inverteix el sentit d'encès dels Led. Tot això s'executa en un bucle infinit que realitza tota l'estona la mateixa seqüència de instruccions.

Referències

Curso Practico de formacion con Arduino, d'Oscar Torrente Artero (castellà)
Pàgina oficial d'Arduino: http://www.arduino.cc/
Arduino Starters Kit Manual, A Complete Beginners guide to the Arduino, de Mike McRoberts (anglès)

Vegeu també

Programació i Robòtica