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05 - Las entradas analógicas

Objetivos

Material requerido

Imagen Descripción
Arduino Uno o compatible
Una protoboard
Cables de conexión
Un diodo led
Una resistencia 330 Ohms
Un potenciómetro

Los potenciómetros

Hasta ahora hemos usado siempre resistencias fijas, de un valor dado. Pero a veces es conveniente disponer de una señal variable para controlar el circuito que nos interesa. Imagina el volumen de un equipo de música, o el dial que sintoniza una emisora en una radio FM.

Un potenciómetro es, simplemente, un mecanismo para proporcionar una resistencia variable.

Hay potenciómetros de tantos tamaños, formas y colores como puedas imaginar, pero al final son una resistencia fija de un valor dado (10 kΩ en nuestro caso actual) y un mecanismo que permite deslizar un dial conductor sobre esa resistencia, que nos permite tomar una parte de ese valor.

Por eso un potenciómetro siempre tiene 3 pines en fila. Los de los extremos se comportan como una resistencia del valor de fondo de escala del potenciómetro, y un pin central que va tomando valores de resistencia en función del movimiento que hacemos con el ajuste.

Montaremos un circuito como este (en el cual el potenciómetro está etiquetado Pot1):

Esquema eléctrico

La idea es conectar 5V y GND a los extremos del Potenciómetro (no importa cuál es uno y cuál otro) y luego conectar el pin central al positivo de un LED y el negativo a GND directamente, pasando por una resistencia de limitación.

De esta manera cuando giramos el potenciómetro estaremos modificando la tensión que aplicamos a la entrada del LED, que variará entre 0 y 5V (Aunque ahora parezca extraño es muy sencillo) y habremos conseguido un regulador de intensidad del LED.

Circuito para protoboard

El montaje en la protoboard sería similar a esto ya que utilizaremos el Arduino simplemente para dar tensión al circuito y nada más. Verás que la intensidad de la luz varía de manera continua al girar el potenciómetro.

Potenciómetro más led

Arduino y las entradas analógicas

Con Arduino hemos visto que podemos influir en el mundo exterior aplicando salidas todo/nada en los pines digitales y también que usando PWM podemos simular bastante satisfactoriamente señales analógicas en algunos de esos pines.

También hemos visto cómo detectar pulsaciones de botones, definiendo como entradas los pines digitales. Pero en muchas ocasiones los sensores que usamos para supervisar el mundo exterior, nos entregan una señal analógica. Es el caso de los sensores de temperatura o distancia, de presión, de intensidad de corriente en un circuito o de caudal de agua en una tubería.

Para leer este tipo de señales continuas necesitamos un convertidor analógico a digital (o ADC por sus siglas en inglés) y que nos permita leer el valor de una señal analógica en un momento dado.

Estos convertidores toman una muestra del valor actual de la señal y nos entregan su valor instantáneo, medido en Voltios.

Mediante la lectura repetida de muestras a lo largo del tiempo podemos reconstruir la señal original con mayor o menor precisión, dependiendo de la exactitud de nuestra medida y de la velocidad a la que pueda tomar esas muestras.

Conversión analógico-digital

Arduino UNO dispone de seis convertidores analógico a digital, nombrados de A0 hasta A5, etiquetados como ANALOG IN:

Entradas analógicas

Veamos cómo usar las entradas analógicas con un circuito como este, en el cual damos tensión a los extremos de un potenciómetro y conectamos el pin central (el variable) a la entrada de la puerta A5 de Arduino:

Esquema de montaje

La primera curiosidad es que no necesitamos declarar en el setup() que usaremos una puerta analógica. Y la segunda es que para tomar una muestra (leer) del pin A5, usaremos la instrucción:

int Val = analogRead(A5);

Escribiremos un programa que lea el valor del pin A5 y lo envíe a la consola para que podamos visualizarlo.

Usando las puertas analógicas

Prueba este programa:

//Código: ARD_05_01

void setup()
{
    Serial.begin(9600); // Iniciamos la puerta serie
}

void loop()
{
    int Lectura = analogRead(A5);
    Serial.println(Lectura);
    delay(200);
}

Cuando lo vuelcas, arranca la consola y verás que a medida que giras el ajuste las lecturas varían de manera continua reflejando la posición del potenciómetro, las lecturas reflejan la caída en voltios.

Monitor serie

No puedo resistirme a proponeros esta prueba: Desconecta el potenciómetro de la puerta A5 y observa los resultados que Arduino envía a la consola. ¿Por qué salen esos valores?

Un último comentario

Decíamos en una lección anterior, que la fidelidad con la que podemos muestrear una señal analógica dependía, básicamente, de la resolución de la muestra y de la velocidad a la que podíamos muestrear la señal (Sample Rate en inglés).

Ya dijimos que la familia Arduino, dispone de convertidores de 10 bits por lo que nuestra resolución es de 2^10 = 1.024 y en el caso del DUE de 2^12 = 4.096. Pero hasta ahora no hemos visto a qué velocidad podemos tomar muestras con nuestro Arduino. Lo comprobaremos, con este mismo circuito.

Tenemos una función llamada millis() que nos indica en milisegundos el tiempo transcurrido desde que iniciamos Arduino y la podemos usar para ver cuántas muestras podemos tomar por segundo.

//Código: ARD_05_02

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

void loop()
{
    unsigned long T;
    int n = 0;
    T = millis();
    while (millis() <= T + 1000) // Mientras no pase un Segundo = 1000 ms
    {
        analogRead(A5);
        n++; // Contamos cada vez que leemos
    }
    Serial.println(n);
}

Si ejecutas este programa en un Arduino UNO te dará, más o menos, un resultado de 8.940 muestras o lecturas por segundo. No está mal.

Es adecuado para muestrear señales que no varían demasiado rápido con el tiempo, como son casi todos los sensores habituales en la industria, pero que se quedará corto si quieres muestrear señales de audio.

Resumen de la lección

Ver también

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