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PROYECTO WALL-E

Imaginamos y Creamos

Oscar Antonio Llanos Perdomo

Osdar Darío Ochoa Manjarres

Jorge Yovannis Oñate Rodríguez

Jaider Alberto Ortega

Kevin Saúl Silva Ortiz

INGENIERÍA ELECTRÓNICA Circuitos II Ing. Leticia Acosta Oñate UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR

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PARA EL LECTOR

En las siguientes páginas estaremos plasmando nuestro trabajo a la hora

de realizar el proyecto Wall-E, toda aquella persona que desee realizar

nuestra creación, lo podrá llevar a la realidad después de leer

detenidamente nuestro informe.

La razón de crearlo comienza cuando nosotros como estudiantes

decidimos traer a la vida a un personaje preferiblemente electrónico muy

conocido, que sea llamativo, dado el gran éxito de la película Wall-E y

que su personaje principal sea un robot muy melancólico, la idea de que

Wall-E estuviese caminando con nosotros no demoro mucho en salir a

flote.

Cuando la decisión fue tomada, los caminos por tomar eran amplios pero

a la vez muy pocos, por lo tanto cada fragmento de este proyecto fue

cuidadosamente estructurado.

Probablemente nuestra ambición por hacer proyectos que nos llevaran a

un nivel superior de conocimiento fue la principal motivación.

“El hombre se dedica a desear en voz alta aquello que jamás se esfuerza

en alcanzar”

Noel Clarasó.

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AGRADECIMIENTOS

Aunque fueron muchas las personas las que hicieron aportes importantes

en este proyecto, solo mencionaremos a algunas, seguramente nos

olvidaremos de otros que también merecen que sus nombres estén

escritos en esta página, las cuales espero que nos perdonen y no nos

guarden rencor para las próximas ocasiones.

En primer lugar queremos agradecerle a la ingeniera Leticia, por ser

nuestra tutora encargada, por apropiarse de lo que hacemos y por

apoyarnos moralmente en todo el camino. En especial cuando queríamos

desmayar y dejar todo sin terminar, a ella, el primer lugar en esta sesión

de agradecimientos.

Un párrafo aparte se merece el ingeniero Efraín, quien soportó largas

horas de asesorías y muchas llamadas inoportunas sin esperar nada a

cambio, hoy decimos que sin él no hubiera sido posible la elaboración de

este gran proyecto.

También agradecemos al señor Leonardo y a toda la familia Fandiño, por

toda su colaboración y atención en esos días de mucha necesidad.

Esperamos que a estos y a todos los no mencionados aquí que Dios les

devuelva multiplicado por 100 todo lo que nos han aportado para la

terminación del proyecto Wall-E.

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CONTENIDO

Capítulo 1.

Conceptos fundamentales

¿Qué es un robot? 6

Tipos de robots 7

Wall-E 10

Capítulo 2.

Componentes del robot Wall-E 12

Una mirada global a nuestro futuro robot 12

Listado de componentes fundamentales 13

Microcontrolador PIC 13

Motores y servomotores 14

Diodos LED´S 15

Capítulo 3.

Objetivos de nuestro robot Wall-E 17

Ensamble de estructuras 17

¿Cómo le damos movimiento a Wall-E? 21

Capítulo 4.

Radiofrecuencia 23

Codificación y decodificación de señales 23

Lenguaje de programación C y el compilador CCS para programar

microcontroladores PIC 25

Inversor de polaridad o puente H 25

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Control del robot 26

Capítulo 5.

Concepción, diseño y ensamble de los circuitos utilizados

Control remoto 27

Transmisor 27

Receptor 27

Puente H 28

Controlador de las señales 28

Apéndice A.

La electrónica 29

Componentes que utilizamos en nuestros circuitos 30

Herramientas fundamentales 33

Consejos para soldar 38

Hojas de especificaciones 39

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Capítulo 1.

Conceptos fundamentales

¿Qué es un robot?

Un robot es una entidad virtual o mecánica artificial. En la práctica, esto

es por lo general un sistema electromecánico que, por su apariencia o sus

movimientos, ofrece la sensación de tener un propósito propio. La

independencia creada en sus movimientos hace que sus acciones sean la

razón de un estudio razonable y profundo en el área de la ciencia y

tecnología. La palabra robot puede referirse tanto a mecanismos físicos

como a sistemas virtuales de software.

No hay un consenso sobre qué máquinas pueden ser consideradas

robots, pero sí existe un acuerdo general entre los expertos y el público

sobre que los robots tienden a hacer parte o todo lo que sigue: moverse,

hacer funcionar un brazo mecánico, sentir y manipular su entorno y

mostrar un comportamiento inteligente, especialmente si ese

comportamiento imita al de los humanos o a otros animales. Actualmente

podría considerarse que un robot es una computadora con la capacidad y

el propósito de movimiento que en general es capaz de desarrollar

múltiples tareas de manera flexible según su programación.

Aunque las historias sobre ayudantes y acompañantes artificiales, así

como los intentos de crearlos, tienen una larga historia, las máquinas

totalmente autónomas no aparecieron hasta el siglo XX. El primer robot

programable y dirigido de forma digital, el Unimate, fue instalado

en 1961 para levantar piezas calientes de metal de una máquina de tinte

y colocarlas.

Por lo general, la gente reacciona de forma positiva ante los robots con

los que se encuentra. Los robots domésticos para la limpieza y

mantenimiento del hogar son cada vez más comunes en los hogares

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Tipos de robots

A grandes rasgos se puede hablar de los siguientes:

Androides: Estos artilugios se parecen y actúan como si fueran seres

humanos. Este tipo de robots existen en la realidad con dificultad, pero

con el desarrollo de las tecnologías y las ciencias, se hace cada vez más

fácil verlos por lo menos por la televisión.

Móviles: Estos robots cuentan con orugas, ruedas o patas que les

permiten desplazarse de acuerdo a la programación a la que fueron

sometidos. Estos robots cuentan con sistemas de sensores, que son los

que captan la información que dichos robots elaboran. Los móviles son

utilizados en instalaciones industriales, en la mayoría de los casos para

transportar la mercadería en cadenas de producción así como también en

almacenes. Además, son herramientas muy útiles para investigar zonas

muy distantes o difíciles de acceder, es por eso que se los utiliza para

realizar exploraciones espaciales o submarinas.

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Industriales: Los robots de este tipo pueden ser electrónicos o mecánicos

y se los utiliza para la realización de los procesos de manipulación o

fabricación automáticos. También se les llama robots industriales a

aquellos electrodomésticos que realizan simultáneamente distintas

operaciones.

Médicos: Bajo esta categoría se incluyen básicamente las prótesis para

disminuidos físicos. Estas cuentan con sistemas de mando y se adaptan

fácilmente al cuerpo. Estos robots lo que hacen es suplantar a aquellos

órganos o extremidades, realizando sus funciones y movimientos.

Además existen robots médicos destinados a la realización de

intervenciones quirúrgicas.

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Teleoperadores: Estos robots son controlados de manera remota por un

operador humano. A estos artilugios se los utiliza en situaciones extremas

como la desactivación de una bomba o bien, para manipular residuos

tóxicos.

De acuerdo a su arquitectura, los robots pueden clasificarse en:

Poliarticulados: Si bien estos pueden tener de diversas configuraciones,

lo que tienen en común estos robots es que son sedentarios. Estos son

diseñados para mover sus terminales con limitada libertad y de acuerdo a

ciertos sistemas de coordenadas. Estos robots son ideales para cuando se

precisa abarcar una amplia zona de trabajo.

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Zoomórficos: La locomoción de estos robots imita a la de distintos

animales y se los puede dividir en caminadores y no caminadores. Estos

últimos están aún muy poco desarrollados mientras que los caminadores

sí lo están y resultan útiles para la exploración volcánica y espacial.

Wall-E

Siguiendo el guión de la película, el año es 2700, Wall-E cuenta la

historia del último pequeño robot en la Tierra. Wall-E es un robot que fue

programado para limpiar zonas. A causa de un gigante consumismo la

Tierra está cubierta de basura. Para limpiar el planeta, todo el mundo

tuvo que abandonarlo e irse a vivir a una estación espacial: Axioma. El

problema surge cuando se le encarga a una inepta empresa: Buy n

Large, la misión de limpiar el planeta. Buy n Large envía millones de

robots, quienes supuestamente convertirán nuevamente a la Tierra en un

planeta habitable.

Waste Allocation Load Lifters – Earth Class = W.A.L.L.E

El programa de limpieza falla. Todos los robots fallan, con el tiempo cada

uno fue descomponiéndose, con la excepción de uno solo. Wall-E está

solo en su misión y cada día limpia la Tierra tal y como fue programado

sin importar que este solo y que ahora su tarea es gigante e imposible.

Quizás es una de las razones por la cual parece tener sentimientos, casi

700 años limpiando la tierra con su fiel cucaracha.

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Capítulo 2.

Componentes del robot Wall-E

-Cabeza, realmente es casi su totalidad, debido a que por medio de ella

expresa sus “sentimientos” de robot y por tanto es necesario hacerla lo

más real posible.

-Cuerpo, es simplemente su estructura como tal su función principal sería

sostenerse él mismo.

-Brazos, los brazos obviamente son parte fundamental y es una parte

muy mecánica.

-Orugas, el movimiento completamente depende de éstas, y es necesario

que sean de tipo Oruga.

Una mirada global a nuestro futuro robot

En este capítulo, presentaremos los materiales que hemos decidido

utilizar para nuestra primera creación, y justificaremos la elección que

hemos realizado.

Veremos el tipo de motores que vamos a utilizar.

Para esto podremos desarmar algún equipo electrónico antiguo, como

disqueteras, impresoras, etcétera. Luego, haremos lo mismo con los

sensores, siempre con el objetivo de gastar la menor cantidad de dinero

posible en nuestro primer proyecto (¡Luego vendrán proyectos

multimillonarios!).

Y por último, echaremos una mirada sobre el material que podemos

utilizar para la construcción del cuerpo de nuestro robot, que obviamente

lleva sus otros componentes tales como la cabeza y los brazos, ahora

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bien, será necesario determinar algunos materiales, pero ellos pueden

ser reemplazados por alguno otro por si se te ocurre uno mejor.

Listado de componentes fundamentales

- Microcontrolador PIC16F628A

- Módulo de Radio Frecuencia, Transmisor y Receptor

- Diodo

- Resistor

- Capacitor

- Diodo LED

- Motores, Servomotores, Motoreductores, etc.

- Transistor

- LM7805

Microcontrolador PIC

Los PIC son una familia de microcontroladores tipo RISC fabricados

por Microchip Technology Inc. y derivados del PIC1650, originalmente

desarrollado por la división de microelectrónica de General Instrument.

El nombre actual no es un acrónimo. En realidad, el nombre completo

es PICmicro, aunque generalmente se utiliza como Peripherial Interface

Controller (controlador de interfaz periférico).

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El PIC original se diseñó para ser usado con la nueva CPU de

16 bits CP16000. Siendo en general una buena CPU, ésta tenía malas

prestaciones de entrada y salida, y el PIC de 8 bits se desarrolló en 1975

para mejorar el rendimiento del sistema quitando peso de E/S a la CPU.

El PIC utilizaba microcódigo simple almacenado en ROM para realizar

estas tareas; y aunque el término no se usaba por aquel entonces, se

trata de un diseño RISC que ejecuta una instrucción cada 4 ciclos del

oscilador.

Motores y servomotores

- El motor eléctrico es aquel motor que transforma la energía

eléctrica en energía mecánica, por medio de la repulsión que

presenta un objeto metálico cargado eléctricamente ante un imán

permanente. Son máquinas eléctricas rotatorias.

Algunos de los motores eléctricos son reversibles, ya que pueden

transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando

como generadores. Los motores eléctricos de tracción usados en

locomotoras o en automóviles híbridos realizan a menudo ambas

tareas, si se los equipa con frenos regenerativos.

Son muy utilizados en instalaciones industriales, comerciales y

particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro

eléctrico o a baterías. Así, en automóviles se están empezando a

utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de

ambos.

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- Un servomotor (también llamado servo) es un dispositivo similar a

un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse

en cualquier posición dentro de su rango de operación, y

mantenerse estable en dicha posición.

Un servomotor es un motor eléctrico que consta con la capacidad

de ser controlado, tanto en velocidad como en posición.

Los servos se utilizan frecuentemente en sistemas de radio control y

en robótica, pero su uso no está limitado a éstos. Es posible

modificar un servomotor para obtener un motor de corriente

continua que, si bien ya no tiene la capacidad de control del servo,

conserva la fuerza, velocidad y baja inercia que caracteriza a estos

dispositivos.

Diodos LED´S

Led se refiere a un componente optoelectrónico pasivo, más

concretamente, un diodo que emite luz.

La palabra española «led» proviene del acrónimo inglés LED (Light-

Emitting Diode: ‘diodo emisor de luz’).

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Los ledes se usan como indicadores en muchos dispositivos y

en iluminación. Los primeros ledes emitían luz roja de baja intensidad,

pero los dispositivos actuales emiten luz de alto brillo en

el espectro infrarrojo, visible y ultravioleta.

Debido a sus altas frecuencias de operación son también útiles en

tecnologías avanzadas de comunicaciones.

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Capítulo 3.

Objetivos de nuestro robot Wall-E

Los objetivos son puramente de propósitos académicos ya que su

verdadero uso es reciclar basura de manera completamente autónoma y

por ahora no es nuestro objetivo principal.

Queremos no sólo demostrar que cualquier proyecto es posible para

cualquiera que se lo proponga sino también obtener conocimientos más

amplios mientras se realizan los trabajos necesarios.

Wall-E es un proyecto ambicioso dependiendo de qué punto de vista lo

veamos, en nuestro caso como estudiantes de Ingeniería Electrónica es un

proyecto bastante completo y creativo.

Ensamble de estructuras

Las estructuras de las que hablamos en este ítem son la parte “física” del

robot, es decir la que hará que se parezca a Wall-E y estas estructuras

son una caja para el cuerpo, prismas para los brazos, y una forma única

de la cabeza.

Para la cabeza:

Analizando cómo crear esta compleja forma decidimos buscar ayuda,

contamos con la suerte de que nuestro amigo Yair Herrera nos facilitó un

pdf el cual contenía imágenes que nos permitieron moldear la cabeza del

mismo al estilo origami.

A continuación se explicarán los pasos para armar la cabeza:

Paso 1 – Imprimir la imagen acorde al tamaño deseado

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Paso 2 – Recortar el molde de la cabeza

Paso 3 – Doblar adecuadamente el molde

Paso 4 – Antes de pegarlo le damos firmeza con pedazos de cartón

prensado por dentro de ella

Para el cuerpo:

Cortamos 6 rectángulos de cartón prensado con medidas de:

Dos láminas de 26x27cm (Frontal y Trasera)

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Dos láminas de 25x27cm (Arriba y abajo)

Dos láminas de 25x26cm (Laterales)

Luego las unimos entre ellas reforzándolas formando un prisma

rectangular.

Una vez teníamos la caja completamente terminada, el siguiente paso fue

darle el color de Wall-E, ahora bien, como pintar esto manualmente se

tornó tedioso recurrimos a la magia de la impresión.

Imprimimos las siguientes imágenes:

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Cuando tenemos las imágenes impresas en el material deseado, las

pegamos a la caja. Y quedará algo como esto:

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Para los brazos:

Hemos utilizado cartón prensado y de la misma manera que hicimos la

caja, formamos los brazos con las medidas de 20cm de largo 3cm de

ancho y 4cm de alto.

Pintamos de acuerdo a los colores de Wall-E, las manos se hicieron

también con cartón prensado, solo que esta vez se cortaron con la forma

como se muestra en la imagen:

Los detalles de las manos las dejamos al gusto del lector.

¿Cómo le damos movimiento a Wall-E?

Para el movimiento de la cabeza y cuello utilizamos un servomotor que

está fijo a el cuerpo de Wall-E, a este servo se le conecta otro servo y

entonces un servo mueve de arriba a abajo y el que está conectado de

último mueve la cabeza de lado a lado, para evitar trabajar con PWM que

es la forma de óptima de controlarlo, fue necesario modificarlo, ésta

modificación se hizo destapando el servomotor y removiendo el circuito

que el contiene, y luego soldamos un par de cables a los terminales del

motor interno.

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Para cada brazo se utilizaron también servomotores los cuales le

extraemos su tope para que gire 360°.

Para el movimiento de las orugas se necesitaron un par de cadenas de

motocicleta con sus respectivos piñones, unimos los motoreductores al

piñón más grande, entre los piñones pequeños utilizamos una varilla

metálica para unirlos y darles firmeza, con ayuda de un mecánico hicimos

una base que cumple la función de unir ambas orugas y motores, y

obviamente también es la base del cuerpo.

Para hacer las orugas unidas a las cadenas cortamos llantas de carro de

nylon de 3x11 y para poder unirlas a las cadenas, a ellas se les

removieron los ejes de unión diente de por medio, y en este orificio les

enroscamos tornillos con tuerca y una zapata para unirlo a los ya

cortados pedazos de llanta.

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Capítulo 4.

Radiofrecuencia

El término radiofrecuencia, también denominado espectro de

radiofrecuencia o RF, se aplica a la porción menos energética

del espectro electromagnético, situada entre unos 3 kHz y unos 300 GHz.

El hercio es la unidad de medida de la frecuencia de las ondas, y

corresponde a un ciclo por segundo. Las ondas electromagnéticas de esta

región del espectro, se pueden transmitir aplicando la corriente

alterna originada en un generador a una antena.

Aunque se emplea la palabra radio, las transmisiones

de televisión, radio, radar y telefonía móvil están incluidas en esta clase

de emisiones de radiofrecuencia. Otros usos son audio, vídeo,

radionavegación, servicios de emergencia y transmisión de datos por

radio digital; tanto en el ámbito civil como militar. También son usadas

por los radioaficionados.

Codificación y decodificación de señales

La Teoría de la Comunicación conoce como código al conjunto de signos

que deben ser compartidos por el emisor y el receptor de un mensaje

para que éste sea comprendido. Si un hombre habla en francés a otra

persona que no conoce dicho idioma, la comunicación no será posible ya

que el código utilizado para la transmisión del mensaje no es conocido

por ambos.

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Se entiende por Codificación en el contexto de la Ingeniería al proceso de

conversión de un sistema de datos de origen a otro sistema de datos de

destino. De ello se desprende como corolario que la información

contenida en esos datos resultantes deberá ser equivalente a la

información de origen. Un modo sencillo de entender el concepto es

aplicar el paradigma de la traducción entre idiomas en el ejemplo

siguiente: home = hogar. Podemos entender que hemos cambiado una

información de un sistema (inglés) a otro sistema (español) y que

esencialmente la información sigue siendo la misma. En el ejemplo

anterior para hacer entendible a una audiencia hispana un texto

redactado en inglés es convertido al español.

En ese contexto la codificación digital consiste en la traducción de los

valores de tensión eléctrica analógicos que ya han sido cuantificados

(ponderados) al sistema binario, mediante códigos preestablecidos.

La señal analógica va a quedar transformada en un tren de

impulsos de señal digital (sucesión de ceros y unos). Esta traducción es el

último de los procesos que tiene lugar durante la conversión analógica-

digital. El resultado es un sistema binario que está basado en el álgebra

de Boole.

Un decodificador es un circuito combinacional, cuya función es inversa a

la del codificador, esto es, convierte un código binario de entrada

(natural, BCD, etc.) de N bits de entrada y M líneas de salida (N puede

ser cualquier entero y M es un entero menor o igual a 2N), tales que cada

línea de salida será activada para una sola de las combinaciones posibles

de entrada. Estos circuitos, normalmente, se suelen encontrar

como decodificador /demultiplexor. Esto es debido a que un

demultiplexor puede comportarse como un decodificador.

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Lenguaje de programación C y el compilador CCS para programar

microcontroladores PIC

C es un lenguaje de programación creado en 1972 por Dennis M.

Ritchie en los Laboratorios Bell como evolución del anterior lenguaje B, a

su vez basado en BCPL.

Al igual que B, es un lenguaje orientado a la implementación de Sistemas

Operativos, concretamente Unix. C es apreciado por la eficiencia del

código que produce y es el lenguaje de programación más popular para

crear software de sistemas, aunque también se utiliza para crear

aplicaciones.

Se trata de un lenguaje de tipos de datos estáticos, débilmente tipificado,

de medio nivel pero con muchas características de bajo nivel. Dispone de

las estructuras típicas de los lenguajes de alto nivel pero, a su vez,

dispone de construcciones del lenguaje que permiten un control a

muy bajo nivel. Los compiladores suelen ofrecer extensiones al lenguaje

que posibilitan mezclar código en ensamblador con código C o acceder

directamente a memoria o dispositivos periféricos.

Inversor de polaridad o puente H

Un Puente H o Puente en H es un circuito electrónico que permite a

un motor eléctrico DC girar en ambos sentidos, avance y retroceso. Son

ampliamente usados en robótica y como convertidores de potencia. Los

puentes H están disponibles como circuitos integrados, pero también

pueden construirse a partir de componentes discretos.

Como hemos dicho el puente H se usa para invertir el giro de un motor,

pero también puede usarse para frenarlo (de manera brusca), al hacer un

corto entre las bornas del motor, o incluso puede usarse para permitir

que el motor frene bajo su propia inercia, cuando desconectamos el

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motor de la fuente que lo alimenta. En el siguiente cuadro se resumen las

diferentes acciones.

Control del robot

Debido a que el módulo RF que compramos solo tenía 4 salidas, y

nosotros necesitábamos por lo menos 8 salidas para controlar cada uno

de los motores de movimiento detallados anteriormente, para esto fue

necesario recurrir a un sistema digital para la multiplicación de las 4

señales, la necesidad de las 8 salidas pudo ser concretada con

compuertas lógicas pero para evitar dificultades investigamos un poco

acerca de programar PIC y fue puesto en práctica para hacerlo funcionar.

El código consiste en configurar los pines A0, A1, A2, A3 del

Microcontrolador PIC16F628A configurarlos como entradas los cuales

recibirán los pulsos del receptor y dependiendo de la entrada se

configura para que en el puerto B haya una salida de corriente acorde a

nuestras necesidades. Se encuentra adjunto en la carpeta “Archivos”.

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Capítulo 5.

Concepción, diseño y ensamble de los circuitos utilizados

A continuación daremos una muy breve explicación del funcionamiento

de cada circuito como tal, y sus componentes principales.

Los esquemáticos, rutas, hojas de especificaciones y más, se encuentran

en la carpeta “Archivos” que está en el CD.

Control remoto

- Transmisor

Los elementos importantes del transmisor son: un módulo transmisor (“”),

Deep Switch para aplicar la teoría de la multiplexación, Circuito Integrado

PT2262 que sería el codificador del transmisor, y obviamente elementos

extras.

Ahora bien, con la teoría vista en clases pudimos utilizar diodos en

beneficio de las salidas, ósea que al presionar un pulsador pueda enviar

dos pulsos al transmisor.

Como la corriente necesaria para que esto funcionase, era un poco más

alta de lo que realmente nos ofrecen los módulos, fue necesario hacer un

pequeño circuito amplificador que se basa en transistores.

La función principal del transmisor es enviar datos para el receptor por

medio de la radiofrecuencia.

- Receptor

Para el receptor se utilizo, el módulo receptor, Circuito Integrado PT2272

que en este caso es el decodificador.

El receptor no fue adaptarlo mucho debido a que su función principal es

recibir, el trabajo difícil está en el transmisor, lo que si recomendamos es

utilizar baterías tal y como especificamos en las simulaciones.

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Puente H

El puente H que utilizamos consta de Relés, que básicamente es un

interruptor que permite o inhibe el paso de la corriente de acuerdo a su

conexión, en este caso se usó para que cuando le llegue un pulso, deje

pasar corriente a uno de los motores, y se utilizan 4 para que sea de la

forma: Pulso 1 – Adelante, Pulso 2 – Atrás, y así sucesivamente.

Controlador de las señales

El controlador de señales es más que todo el PIC haciendo su trabajo,

todo está en la programación por lo tanto del control de señales lo

necesario está en el código y el esquemático.

Nos tomamos el pequeño trabajo de hacer una tabla para cada señal de

entrada y salida del PIC que se encuentra en la carpeta de “Archivos”.

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Apéndice A.

La electrónica

Motor del siglo XX, la electrónica ha jugado un papel fundamental en las

características actuales del mundo en el que vivimos. Todo lo que nos

rodea está compuesto en algún punto por componentes electrónicos:

automóviles, aviones, computadoras, juguetes, televisores, reproductores

de mp3, etcétera. Y cada día que pasa, gracias a las maravillas de la

evolución tecnológica, la electrónica se vuelve más pequeña, más robusta

y más económica. Probablemente, en algún momento de nuestras vidas

sentimos curiosidad por este tema y nos adentramos en él con alguna

revista, algún kit específico o por qué no, mediante estudios formales.

Para aquellos que nos hemos acercado porque lo teníamos como un

simple hobby, la aparición de los integrados nos ha facilitado aún más la

tarea. Muchas veces, cuando necesitamos algo, en lugar de tener que

diseñarlo, basta con buscar en los catálogos un integrado que cumpla esa

función. Basta un ejemplo: un grupo de alumnos había desarrollado un

órgano electrónico controlado desde el puerto paralelo de una PC.

Cuando le presentaron el proyecto al profesor, con decenas de

transistores, resistencias, diodos y otros componentes, el docente los

felicitó porque el trabajo era muy interesante. Y luego de charlar con

ellos les dijo que no quería que gastaran ni dinero ni tiempo demás. Que

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todo lo que habían desarrollado se podía resolver con un integrado.

Todo, menos un conjunto de ledes, quedaba encapsulado en un

integrado específico. Como dirían los programadores de objetos, todo

está hecho, sólo hay que encontrar las piezas y ensamblarlas. Este

apéndice tiene como objetivo aclarar algunos conceptos de electrónica

básica y dar algunas recetas primitivas que seguramente nos ahorrarán

muchos dolores de cabeza. Todo lector que alguna vez haya construido

un circuito ya ha pasado por esto, y no creemos que su lectura pueda

aportarle nada nuevo. Pero si es la primera vez que vamos a hacer una

soldadura, este apéndice será una tabla de salvación.

Componentes que utilizamos en nuestros circuitos

A continuación vamos a describir los componentes pasivos y activos más

importantes que hemos utilizado en nuestros circuitos. Llamamos

componentes activos a aquellos que proporcionan excitación eléctrica,

ganancia o control. Esencialmente, son los generadores eléctricos, los

diodos y ciertos semiconductores. En contraposición, los pasivos son los

que no generan intensidad ni tensión en nuestro circuito, como los

cables, las resistencias, los interruptores, los capacitores, los

transformadores, etcétera. Veamos qué función cumplen algunos

componentes que hemos utilizado.

Resistencia:

Es un componente pasivo que ubicamos en el paso de una corriente y

que se opone a que ésta circule. Se representan con la letra R y su valor

se mide en Ohms o en sus múltiplos, KiloOhms (1 KΩ = 1000 Ω) o

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MegaOhms (1 MΩ = 1000 KΩ). Hay una gran variedad de tipos de

resistencias y de valores posibles.

Capacitor (Condensador):

Es un componente que almacena energía en forma de campo eléctrico.

Está formado por dos placas metálicas separadas por un aislante

conocido como dieléctrico. La unidad de medida de su capacidad es el

Faradio (F) y sus submúltiplos, como el MiliFaradio (1 mF = 1 F/1.000), el

MicroFaradio (1 uF = 1F / 1.000.000 = 10-6F), el NanoFaradio (1nF =

10-9F) y el PicoFaradio (1 pF = 10-12F). Además de su capacidad, otra

característica fundamental es la máxima tensión que soporta. Nunca

debemos conectar un capacitor a un voltaje superior porque puede

explotar. En los capacitores también encontramos fijos y variables. Con

respecto a los fijos, la diferencia entre ellos depende del dieléctrico que

utilizan. No vamos a entrar en detalles, pero las características que

difieren entre ellos por el tipo de dieléctrico son esencialmente la

capacidad, la fuga, la resistencia a los cambios de voltaje y la robustez.

En particular, los capacitores electrolíticos son polarizados, y hay que

tener en cuenta cómo los conectamos (dónde ponemos el positivo y

dónde el negativo) porque una conexión invertida los puede hacer

explotar (tienen una válvula de seguridad que los hace bullir en lugar de

explotar, con esa imagen tan característica de un capacitor al que se le

ha salido la tapa de la cabeza). Entre los capacitores variables podemos

encontrar los giratorios, que se utilizan mucho en la sintonía de radios, y

los trimmers, que permiten un ajuste muy fino.

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Transistor:

El transistor es un componente semiconductor activo que se puede utilizar

como amplificador, oscilador, rectificador o conmutador. Lo podemos

encontrar en prácticamente el 100% de los productos electrónicos que

nos rodean. Fue creado en los laboratorios de Bell en 1947 como

reemplazo del tríodo (una válvula de tres patas con las mismas funciones

pero con los problemas que ya vimos que presenta ese componente). El

más común (y que nosotros usamos en nuestros circuitos) tiene tres

patitas, que se conocen como emisor, colector y base. En forma

simplificada, la corriente que aplicamos en el colector sale amplificada en

el emisor si es que la base recibe corriente continua. Es más, la corriente

que sale por el emisor puede ser regulada por la corriente que ingresa

por la base. Estos transistores, que se conocen como bipolares, son los

más comunes y los podemos encontrar en dos variantes: NPN y PNP. La

diferencia entre estos dos modelos es la polaridad de sus electrodos. En

el primer caso, la base va a positivo y el emisor a negativo, y es al revés

en el otro caso. Además, en NPN, el colector debe ser más positivo que la

base y en PNP, más negativo. La aparición del transistor fue un salto muy

significativo para la electrónica digital, en reemplazo de las válvulas de

vacío y el surgimiento de aparatos electrónicos de menor tamaño, costo y

temperatura. Luego, con el surgimiento de los integrados, estas

características se acentuaron aún más.

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Circuitos integrados:

Como bien dice su nombre, es un circuito plasmado en una pequeña

pastilla de silicio con miles o millones de componentes, principalmente

diodos y transistores. Como ejemplo tenemos los microprocesadores, las

memorias, los amplificadores, los osciladores, etcétera. A pesar de que

existe un conjunto de barreras físicas a la reducción de tamaño de los

integrados, día a día se mejoran los materiales y las técnicas de

fabricación, lo que permite el crecimiento del número de componentes

del circuito. Su inventor, Jack Kilby, recibió el premio Nobel en el año

2000, 42 años después de la aparición de su invento.

Herramientas fundamentales

Ahora que ya hemos visto los componentes más significativos de nuestro

proyecto, presentaremos una lista de las herramientas que consideramos

imprescindibles para armar nuestro pequeño taller de electrónica y así

llevar a nuestros primeros robots a buen puerto.

Estaño: Recomendamos el que tiene almas de resina, en forma de

alambre, de 0,8 mm de grosor, 60% de estaño y 40% de plomo. Como

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seguramente lo usaremos en gran cantidad, es mejor comprar un rollo

que nos durará largo tiempo.

Soldador: Nos va a alcanzar con un soldador de 35 a 40 W con una

punta de 2 a 3 mm. El tipo de soldador más económico es el de lápiz,

que es suficiente para nuestras primeras experiencias. El único problema

que tiene es que tarda en levantar temperatura, pero sólo nos consumirá

un poquito de paciencia.

Soporte de soldador: Si no queremos dejar marcas en todas las mesas

sobre las que trabajemos, el soporte de soldador nos permitirá dejarlo en

funcionamiento sin quemar la superficie donde lo apoyemos. No es

imprescindible, pero seguro será más caro hacer una restauración de la

mesa.

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Desoldador: Es un succionador de estaño que nos permite, en forma

sencilla cuando queremos corregir o desoldar un componente, aspirar

rápidamente el estaño cuando se ablanda. En nuestros primeros fracasos

cuando soldemos, se convertirá en un aliado fundamental.

Morsita o pinzas para manos libres: Cuando tenemos que soldar

necesitamos que las partes estén en una posición cómoda. Con alguno

de estos implementos podemos ubicarlas en el aire y sin contactos

molestos.

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Pinzas y alicates: Permiten tomar objetos para manipularlos con

precisión, doblar las patitas de los componentes, cortar y pelar cables,

etcétera.

Destornilladores: Planos y philips, nos permitirán ajustar

potenciómetros variables, borneras, separar integrados de sus zócalos,

etcétera.

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Tester: Pieza fundamental de nuestro taller, nos permitirá medir la

continuidad, la resistencia, la corriente y la tensión de nuestro circuito.

Por último, recomendamos buscar un lugar cómodo para poder trabajar,

donde podamos dejar nuestro proyecto a medio terminar sin tener que

guardarlo y sacarlo cada vez. Es necesario que seamos ordenados con

nuestros componentes, y para ello podemos utilizar diversas cajitas que

nos permitan clasificar los elementos para encontrarlos con rapidez

cuando los necesitemos. Tener todos los componentes en un frasco nos

hará perder mucho tiempo.

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Consejos para soldar

Para finalizar este apéndice, daremos algunos consejos útiles para soldar,

dado que todo error que cometamos en este punto hará que detectar

dónde se produce la falla sea mucho más complicado. Además, una

soldadura mal hecha puede ocasionar problemas en el circuito en un

momento inesperado. Uno de los errores más habituales es el de la

soldadura fría, que ocurre cuando no aplicamos el calor en forma

correcta y el estaño está soldado en forma parcial y muy débil. Para

evitarlo, debemos usar un soldador con la potencia adecuada para el tipo

de estaño que utilicemos. También el estaño debe ser el adecuado para

las uniones que realicemos. Todas las superficies que unamos deben

estar limpias, igual que la punta del soldador. Cuando aplicamos el

estaño, lo debemos hacer sobre la superficie calentada y no sobre la

punta del soldador. Una característica que podemos usar para verificar la

calidad de nuestra soldadura es su color: si su acabado es brillante, es un

buen signo. La unión mate nos indica una posible soldadura fría. Otro

problema habitual es creer que el estaño nos servirá no sólo para la

conducción sino también para el sostén mecánico de la unión. Esto no es

así. Es fácil de comprobar al ver cómo se comporta el material cuando lo

tenemos en el rollo: es blando y muy maleable. Por lo tanto, la unión

mecánica entre los componentes debe estar dada por otros aspectos de la

conexión. El estaño sólo sirve para unir de forma eléctrica, pero no de

forma mecánica.

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Hojas de especificaciones (Data Sheet)

- http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/40044f.pdf

Microcontrolador PIC16F628A

- https://www.sparkfun.com/datasheets/Components/LM7805.pdf

Regulador LM7805

- http://www.diodes.com/datasheets/ds28002.pdf

Diodo

- http://www.alldatasheet.com/datasheet-

pdf/pdf/212875/DBLECTRO/SM1A100KC.html

Capacitor

- http://www.casadelled.com.ar/B333Series1.pdf

Diodo LED

- http://www.alldatasheet.com/datasheet-

pdf/pdf/15067/PHILIPS/2N2222.html

Transistor