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viernes, 22 de mayo de 2015

Termómetro diario ( II )

Sigamos con el ejemplo del día anterior. Después de completar en casa el ejemplo, el código tenía una complejidad considerable. Bueno, para ser más exactos, más que complejo empezaba a tener unas dimensiones considerables, y la programación tal y como la hemos visto hasta ahora, hacía muy complicado e ininteligible el código del programa.

Por lo que he decido hacer un bloque principal para el cuerpo del programa, y diferentes "subprogramas" que realizarán los cálculos necesarios , o las acciones complementarias que iremos describiendo.

Estos "subprogramas" reciben el nombre de funciones.

Uso de funciones con Arduino

Aunque pueda parecer algo nuevo, ya hemos usado funciones en nuestros sketches de Arduino, son las funciones void setup y void loop, que además son de uso obligatorio.

Las funciones personalizadas se han de declarar siempre después del void loop. A partir de aquí existen diferentes formas de trabajar según si la función debe devolver valores ( el resultado de una operación), o simplemente ejecutar una parte del código.

Mejor un ejemplo:


void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
  int a = 2;
  int b = 3;
  int c;

  c = FuncionMultiplicarNumeros(a, b); // C vale 6
  Serial.println(c);
  delay(500);
}

int FuncionMultiplicarNumeros(int x, int y) 
{
  int resultado;
  resultado = x * y;
  return resultado;
}







En este ejemplo, declaramos una función del tipo integer. Le pasamos dos valores a y b  , que queremos que multiplique. Para ello, dentro de la función definimos dos variables más, las variables x  e Y, que usaremos para realizar los cálculos, y que solo serán validos dentro de la función de multiplicar.
Una vez realizada la operación devolvemos el resultado con la función return

¿ Se entiende? No verdad, yo tampoco lo entendí a la primera, por lo que a veces es mejor coger lápiz y papel y dibujar el baile de variables. 

Algunas de las FAQ's que comúnmente surgen tras el ejemplo es, ¿para qué tantas variables para multiplicar dos números? Bien, si solo tengo que multiplicar dos números, hasta el uso de funciones es un poco exagerado, pero definir las variables dentro de la función me permite "mandarle" cualquier pareja de valores en cualquier punto del programa.
En codigos más complejos también sirve para tener un programa más estructurado y nos permite ir programando bloques. Incluso, si trabajaremos en equipo para miembro podría hacerse cargo de programar una función concreta.

Un uso más sencillo, usar las variables definidas en el cuerpo del programa

Algo así:







void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
  int a = 2;
  int b = 3;
  int c;

  c = FuncionMultiplicarNumeros(); // C vale 6
  Serial.println(c);
  delay(500);
}

int FuncionMultiplicarNumeros() 
{
 c = a * b;;
}


Obtendría el mismo resultado, pues usaría las variables que se han declarado de manera global, pero solo me permitiría multiplicar los valores a y b. De la primera manera, insisto me permitirá obtener el resultado de diferentes valores.

Aprovechad, para tomar un respiro, ir al baño o beber algo de líquido antes de seguir.

De vuelta ya, os voy a colocar el código completo del ejercicio. Tomaros un tiempo en ver que hace cada función y entender porque se llaman en cada momento.

También se podría hacer una función para leer las pulsaciones de los botones, pero eso lo dejo en vuestras manos.

Para que en cualquier momento me pueda ofrecer una temperatura media, mínima o máxima coherente, antes de nada, en el void setup, inicializo TODOS los valores de la matriz con la primera muestra de temperatura. Es sólo un criterio, y cualquier otro podría ser válido. No olvides cambiar en el bucle milllis el 1000 por 360000 para obtener las muestras cada hora.




#include <LiquidCrystal.h>

LiquidCrystal lcd(4, 5, 6, 7, 8, 9);

float tempactual = 0; //mostrara la temperatura actual
float tempmin = 0; // VAlor minimo obtenido
float tempmax = 0; // el maximo
float tempmedia = 0; // y el minimo
float sensor = 0; 
float voltaje = 0;

int boton1 = 2; // Pulsador de Reset en el pin 2
int boton2 = 3; // El de set o show en el pin 3
int pulsacion = 0; // Necesaria para ller estado del pulsador
int accion = 0; // Truco para mantenerme en el bucle de la pulsacion
int posicion = 0; // Indicador o puntero de la matriz de Temperatura
float temperatura; // Para almacenar temperatura
float tempdata [24]; //Array para almacenar las muestras
unsigned long tiempoentremuestras = 0; // necesarias para los intervalos de
unsigned long tiempomuestraanterior = 0;// tiempo

void setup() {

  Serial.begin(9600);
  lcd.begin(16, 2); // Dimensiones de la pantalla
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("    Arduino    ");//Para mi autoestima
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("*   Practico   *"); // Pero lo puedes cambiar ;)
  delay(3000);
  lcd.clear();
  pinMode (boton1, INPUT);
  pinMode (boton2, INPUT);
  Calculo_temperatura(); // Medimos la temperatura
  Reset_Temp(); // E iniciamos las variables con la primera muestra
  
}

void loop()

{

  tiempomuestraanterior = millis();
// PAra muestras horarias sustituir el 1000 por 360000

// Cogemos muestras y vamos rellenado el array con los valores

  if ( tiempomuestraanterior - tiempoentremuestras > 1000)
  {

    Calculo_temperatura ();
    tempdata[posicion] = temperatura;
    posicion = posicion + 1;
    tiempoentremuestras = tiempomuestraanterior;

  }

  if (posicion > 23)
  {
    posicion = 0;
  }
  
  // Mostramos en pantalla la temperatura actual
  
  show_temperatura();

  // Empezamos el bloque para leer los pulsadores
  
  pulsacion = digitalRead(boton2);

// SI pulsamos mostramos las ultimas 24 muestras
// y los valores calculados

  if ( pulsacion == HIGH)

  {
    pulsacion = 0;
    Calculo_Tmax_Tmin_Tmedia();// llamada a la funcion de calculos
    lcd.clear(); // clear LCD screen
    lcd.setCursor(0, 0);
    lcd.print("Las ultimas 24");
    lcd.setCursor(0, 1);
    lcd.print("muestras son:");
    delay(1000);
    for (int j = 0; j <= 23; j++)
    {
      lcd.clear(); //
      lcd.setCursor(0, 0);
      lcd.print("Muestra: ");
      lcd.print(j + 1);
      lcd.print("/24  ");
      lcd.setCursor(0, 1);
      lcd.print(tempdata[j], 2);
      lcd.print(" grados C");
      delay(500);
    }
    lcd.clear(); // clear LCD screen
    lcd.setCursor(0, 0);
    lcd.print("Tmin  Tmed  TMax");
    lcd.setCursor(0,1);
    lcd.print(tempmin,1);
    lcd.setCursor(6, 1);
    lcd.print(tempmedia,1);
    lcd.setCursor(12, 1);
    lcd.print(tempmax,1);
    delay (3000);
    lcd.clear();
  }

// Lectura del pulsador de Reset

  pulsacion = digitalRead(boton1);
  if (pulsacion == HIGH)
  {
    pulsacion = 0;
    accion = 0;
    lcd.clear();
    lcd.setCursor(0,0);
    lcd.print("Reset min/max?");
    lcd.setCursor(0,1);
    lcd.print("1 = Yes, 2 = No");
    delay(500); // Tiempo para evitar rebotes
    while (accion == 0) // Aun no ha pasado nada
    {
      if (digitalRead(boton1)==HIGH)  // Ha pulsado si?
      {
        Reset_Temp();
        accion = 1;// Ha pasado algo y por tanto puedo salir del loop
        delay(500); // Tiempo para evitar rebotes
      }
      if (digitalRead(boton2)==HIGH) // Ha pulsado no?
      {
        accion = 1; // Ha pasado algo y por tanto puedo salir del loop
        delay(500); // Tiempo para evitar rebotes
      }

    } 
    lcd.clear();
  }




}

void Calculo_temperatura()

{

  sensor = analogRead(2);       // TMP36 sensor  pin 0
  voltaje = (sensor * 5000) / 1024;
  voltaje = voltaje - 500;
  temperatura = voltaje / 10;

}

void Calculo_Tmax_Tmin_Tmedia()
{
  for (int j = 0; j <= 23; j++)
  {
    if (tempdata[j] < tempmin)
    {
      tempmin = tempdata[j];
    }
    else if (tempdata[j] > tempmax)
    {
      tempmax = tempdata[j];
    }
  }
  tempmedia=0;
  for (int j = 0; j <= 23; j++)
  {
    tempmedia=tempmedia+tempdata[j];
  }
  tempmedia=tempmedia/24;
    
}


void show_temperatura()
{

  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Temp actual");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print(temperatura);
  lcd.print(" grados C");
  delay(1000);
}

void Reset_Temp() // Restablecemos todos los valores con el ultimo valor
{  
  tempmin = temperatura;
  tempmax = temperatura;
  for (int j = 0; j <= 23; j++)
  {
    tempdata[j] = temperatura;
  }
}


Si os resulta más cómodo lo podéis descargar desde aquí.

Os dejo un video con el funcionamiento del proyecto. Nos vemos!!







domingo, 15 de marzo de 2015

Trabajando con servos (II). Termómetro analógico

Hola de nuevo.

Ya vimos el día anterior como mover un servo en función del valor leído en una resistencia. En otra entrada anterior, también vimos como usar un sensor de temperatura.

Bien, pues hoy vamos a montar un termómetro analógico juntando estos dos proyectos.

Antes de nada , para nuestro sketch necesitaremos definir las dos temperaturas extremas que querremos mostrar, nuestro máximo y mínimo. Aquí no os puedo ayudar, no es lo mismo Burgos que Sevilla. Yo he usado un rango que va de -15ºC a +45ºC, aunque reconozco que nunca he visto nada parecido por estos lares.

El circuito a implementar es muy sencillo. Vamos a utilizar un sensor de temperatura TMP-36, y un servomotor, además de nuestra placa de Arduino compatible.

Los conectaremos siguiendo el siguiente esquema:


Un ejemplo de como quedaría en placa:


El sistema que he utilizado para mostrar la temperatura, es un tanto, sencillo, pero nos servirá para la ocasión. Aún es más sencillo como he fijado el servo a la escala de temperaturas, pero este ejemplo tiene solo fines demostrativos.


Y la fijación:



De acuerdo, después de haber demostrado que las artes plásticas no son lo mío, vamos a explicar el sketch que hará que por lo menos el funcionamiento sea correcto.

Antes de nada, deberíamos conocer cuales son los parámetros de tiempo que llevan nuestro servo a su posición de 0º y de 180º. Una ojeada a esta entrada debería ser suficiente para aclarar las ideas.

De todas maneras podeis cargar este programa e ir sustituyendo los valores, valormin y valormax, hasta encontrar los que se ajusten. Recordad cargar el programa, y anotar los valores correctos.


// Programa para encontrar los valores en ms limites de un servo

#include <Servo.h> // instruccion para incluir la libreria en el sketch
 
Servo myservo;  // creamos el objeto servo, para luego controlarlo
 
int valormin=450;  //valor minimo en ms para conseguir los 0º
int valormax=2100; // valor maximo en ms para llegar a los 180º
int grados;
void setup() 
{ 
  myservo.attach(9,valormin,valormax);  // Pin conectado al servo 
} 
 
void loop() 
{ 
  grados=0; //lo llevamos a minimo y observamos si ratea
  myservo.write(grados);       // esta instrucción envía al servo a la 
                               //posición indicada en grados. 
  delay (200);
  grados=180; // lo llevamos al otro extremo y observamos si ratea  
  delay (200);                             
  
  // variar los valores minimos y maximos hasta encontrar los que 
  // se ajusten. Recordad cargar el programa despues de cada cambio
}


Una vez encontremos estos dos valores, podemos proceder a programar nuestro sketch , que quedaría de la siguiente manera:



/* Lectura de temperatura
Con un TMP-36, y repreentacion analogica a traves de un
servo y arduino
 */

#include <Servo.h> 

// Declaración de constantes
Servo myservo; 
const int sensorPin = A0; // Pin conectado al TMP36
float voltaje; //variable para calcular la tensión 
float temperatura; //variable para almacenar la temperatura;
int temperaturamin=-15; // Temperatura mínima de nuestro termometro
int temperaturamax=45; // Temperatura máxima de nuestro termometro

void setup()
{
  // Empezamos la comunicación con el puerto serie
  // para mostrar los valores en el serial monitor
  Serial.begin(9600); 
  myservo.attach(9,465,2200);//,540,2100);  //pin conectado a nuestro servo 

}


void loop(){
  // Leemos el valor de tensión en el pin
  // donde está conectado el sensor TMP36
  int sensorVal = analogRead(sensorPin);

  // Convertimos el valor de la lectura digital
  // en voltaje
  float voltaje = (sensorVal/1024.0) * 5.0;

  // Mostramos el valor del voltaje en pantalla
  Serial.print(", Volts: ");
  Serial.print(voltaje);
  
  // Convertimos el valor de tensión en temperatura
  // en grados Celsius. Para ello usamos la formula
  // explicada en http://arduinopractico.blospot.com.es
  // restando al voltaje el offset de 0.5V que tiene el sensor
  // e incrementando la temperatura en 1ºC por cada 10 mV
  // T = (V-0.5)*100 , siendo V el voltaje leido
  
  Serial.print(", Temperatura en C: "); 
  float temperatura = (voltaje - .5) * 100;
  Serial.println(temperatura);
  
  // Ahora preparamos el dato para mostrar con nuestro
  //servo de forma analogica primero restringiendo el valor
  // de temperatura a los definidos 
  constrain(temperatura,temperaturamin,temperaturamax);
  //Luego mapeamos los valores para mostralos proporcionalmente
  //en el arco recorrido de 180ºC
  
  temperatura=map(temperatura,temperaturamin,temperaturamax,0,180);
  
  //Ttrasladamos el valor al servo en forma de grados
  
  myservo.write(temperatura);
  
  
   delay(1000);
}


El ejemplo es muy parecido a las entradas anteriores, con las siguientes particularidades.

 myservo.attach(9,465,2200);

En esta línea, le decimos al Arduino cuales son los calores correctos que definen los limites de funcionamiento de nuestro servo.

 constrain(temperatura,temperaturamin,temperaturamax);

La temperatura ya aprendimos como calcularla. Pero en esta línea lo que hacemos con las instrucción constriain, es despreciar cualquier valor por encima o por debajo de los definidos en el inicio.

 temperatura=map(temperatura,temperaturamin,temperaturamax,0,180);

Y con esta instrucción hacemos la salida proporcional para que la representación en nuestro termómetro "ardulógico" tenga cierta precisión.



De acuerdo, que el ejemplo es muy sencillo pero muestra la manera de hacer proporcional el movimiento de un servo entre dos valores conocidos y definidos. En la próxima entrada, veremos como "hackear" un servo para que gire 360º.

Nos vemos

sábado, 24 de enero de 2015

Calibración de sensores (I). Uso de While

Calibración de sensores (I). Uso de While

En la entrada anterior vimos como ajustar un sensor para que actuase en un rango de funcionamiento determinado. El método era muy sencillo y sobretodo visual, lo que nos enseñaba a entender el procedimiento.
Por otro lado, tenía el inconveniente de que necesitas del portátil para calibrarlo, con lo que pierde practicidad e impide que la calibración la pueda realizar cualquiera, y en cualquier caso la complica un poco.
Veamos en esta entrada otro método más autónomo para calibrar sensores, pero primero explicaremos la instrucción que nos ayudará a realizarlo.

While 

La instrucción while, ejecuta una serie de instrucciones, hasta que la condición a testear sea cierta. Este bucle se repetiría indefinidamente hasta que se cumpla, por lo que hay que incluir una condición que pueda variar para que en algún momento se cumpla, de no ser así, entraríamos en bucle infinito, y sería un error de programación.
Esta condición, que debe estar dentro del bucle, puede ser el incremento de una variable o el chequeo de un sensor o entrada del Arduino.
La sintaxis de la instrucción es:

While (expresión){
Acciones en el bucle
}

Un ejemplo , sacado de la web arduino.cc, sería el siguiente:

var = 0;
while(var < 200){
  
// do something repetitive 200 times
  var++;
}

En este ejemplo, se usa la variable while para realizar un bucle que repetirá una acción 200 veces antes de salir del bucle.

Ejemplo calibración


Para nuestro caso concreto, lo que queremos realizar es la calibración de un sensor LDR durante los primeros segundos de puesta en marcha, para luego modular la luminosidad de un LED en función de la luz incidente.
El algoritmo para nuestro montaje sería algo parecido a esto:

  • Crear un bucle de un tiempo definido desde la puerta en marcha
  • Comprobar en este tiempo los valores ofrecidos por el sensor almacenando los valores máximos y mínimos
  • Fuera del bucle, escalar nuestros valores de salida (mapear)en función de los resultados obtenidos y generar la señal de salida correspondiente.

El montaje será idéntico a la entrada anterior, pero refresquémoslo:



El sketch propuesto para resolverlo es el siguiente:


/* Ejercicio Calibracion I. Procedemos a establecer los valores maximos
y mínimos durante los primeros segundos de ejecución del programa
 */

const int ldrPin = A0;    // pin conectado al LDR
const int ledPin = 9;     // pin conectado al LED
const int settime= 5000;  // Tiempo dedicado al ajuste desde
                          // el inicio del programa 
int ValorLDR = 0;         // Valor lectura LDR
int MinLDR = 1023;        // Valor mínimo de la LDR
int MaxLDR = 0;           // Valor máximo de la LDR

void setup() {
  // Encendemos ell LED del Arduino durante la calibración
  pinMode(13, OUTPUT);
  digitalWrite(13, HIGH);

  //Iniciamos la calibración
  while (millis() < settime) {//Definido en principio para 10 segundos
    ValorLDR = analogRead(ldrPin); // Leemos el valor del sensor

    // Grabamos el valor máximo si es mayor que el guardado
    if (ValorLDR > MaxLDR) {
      MaxLDR = ValorLDR;
    }

    // Grabamos el valor mínimo si es menor que el guardado
    if (ValorLDR < MinLDR) {
      MinLDR = ValorLDR;
    }
  }

  // Apagamos el led 13 pasados los 5 segundos para indicar que 
  // la calibracion ha finalizado
  digitalWrite(13, LOW);
}

void loop() {
  // read the sensor:
  ValorLDR = analogRead(ldrPin);
  
  //Restringimos los valores a los obtenidos durante el calibrado
  ValorLDR = constrain(ValorLDR, MinLDR,MaxLDR);
  
  // Escalamos los valores en la horquilla obtenida en calibracion
  ValorLDR = map(ValorLDR, MinLDR, MaxLDR, 0, 255);

  // Encendemos el LED al valor obtenido con la salida PWM
  analogWrite(ledPin, ValorLDR);
}

El sketch o podeis descargar de aquí.

Esta vez para calibrar el sensor, a diferencia de la entrada anterior bastará con cargar el sketch y durante los primeros segundos ( hemos definido 5s), iluminar y oscurecer el sensor con los valores de trabajo. Transcurrido este tiempo los valores máximo y mínimo quedarán grabados.

Os dejo un video con el procedimiento.



Ya trabajamos con la función milis, en una entrada anterior, pero para refrescar, esta función cuenta el tiempo transcurrido desde la puerta en marcha.

En nuestro bucle While, vamos comprobando los sensores  hasta que transcurra el tiempo previsto.

Otro punto interesante del sketch, es que esta calibración no la realizamos en el cuerpo del programa , void loop, sino en el void setup, por lo que tan solo se realizará en una ocasión durante el arranque del Arduino. Para volver a calibrar el sensor habría que reiniciar el Arduino, con lo que bastaría con pulsar el reset de la placa.

Esta solución, si bien es sencilla, pierde practicidad si se han de calibrar varios sensores, y además implica interrumpir el programa en caso de querer recalibrarlo.

En la siguiente entrada desarrollaremos una versión mejorada, y que serviría para la mayor parte de los montajes.

Nos vemos!