Arduino consiste en una plataforma para la creación de proyectos de electrónica usando software (y hardware) libre. Es sencillo y flexible de usar para desarrolladores y aficionados a la electrónica y automatización. Existe una familia de chip llamados microcontroladores, que son el corazón de las placas de desarrollo Arduino. Además existe toda una gama de hardware adicional entorno a los controladores Arduino, tales como sensores, dispositivos de comunicación y elementos actuadores para controlar equipos como motores, iluminación, relés, etc.

Una placa controladora Arduino tiene en esencia un microcontrolador y otros componentes periféricos para interactuar con el exterior y realizar diferentes tareas.

Hardware y software libre

El hardware libre son los dispositivos cuyas especificaciones y diagramas son de acceso público, de manera que cualquiera puede replicarlos. Esto quiere decir que Arduino ofrece las bases para que cualquier otra persona o empresa pueda crear sus propias placas, pudiendo ser diferentes entre ellas pero igualmente funcionales a partir del mismo sistema base.¹

El software libre son los programas informáticos cuyo código es accesible por cualquiera para que quien quiera pueda utilizarlo y modificarlo. Arduino ofrece la plataforma Arduino IDE (Entorno de Desarrollo Integrado), que es un entorno de programación con el que cualquiera puede crear aplicaciones para las placas Arduino, de manera que se les puede dar todo tipo de utilidades.

Funcionamiento general

El Arduino es una placa basada en microcontroladores Atmega, estos microcontroladores son circuitos integrados en los que se pueden grabar instrucciones. Las instrucciones se escriben con el lenguaje de programación que sea compatible con el entorno de desarrollo, es decir el programa que se usa en una computadora para escribir el código y luego grabarlo en la placa.

Una placa Arduino (Uno, Nano, etc) tiene varias interfaces de entrada y salida, que comunican el microcontrolador de la placa con el exterior. Entre ellas tenemos los pines digitales de entrada y salida (basados en voltaje), salida de voltaje PWM (pulsos de voltaje periódicos de duración ajustable), entradas analógicas (por voltaje), interfaz I2C, entre otros.

Entre los periféricos de entrada que se pueden conectar comúnmente en proyectos de electrónica se encuentran los pulsadores, interruptores, salidas de otros circuitos digitales o analógicos y sensores.

Ejemplos de periféricos de salida son las pantallas LCD, los led indicadores (en modo digital o analógico) y bobinas de relé para manejar cargas grandes. Además ciertos pines de salida de Arduino pueden conectarse a entradas de otros circuitos, para enviar señales a ellos.

Las placas Arduino cuentan con una familia de componentes llamados Escudos (Shields) o mochilas. Se trata de placas especiales que se conectan a los pines de la placa principal para añadir funciones que el Arduino por sí solo no posee, como GPS, relojes en tiempo real, conectividad por radio, pantallas táctiles LCD, placas de desarrollo, y un larguísimo etcétera de elementos. Incluso hay tiendas con secciones especializadas en dichos elementos.

También se cuenta con una gran cantidad de sensores y elementos de control que anteriormente eran menos accesibles al público general, ya que los que habían disponibles estaban destinados principalmente a sistemas industriales. Hoy en día se pueden adquirir sensores y elementos de control relativamente económicos para proyectos que se pueden realizar en casa, institutos de investigación y escuelas.

Existen sensores de humedad, temperatura, presión, distancia, proximidad, humo, intensidad de luz, entre varios otros.

Más de 10 modelos de placas controladoras de Arduino se encuentran disponibles en el mercado, cada una con sus propias especificaciones. Ciertamente las placas comparten características comunes entre sí, pero cada placa está recomendada para usos específicos, como puede ser robótica, o aplicaciones de red.

Comparación de controladores

Los microcontroladores compiten con otros sistemas programables muy similares o que pueden ser para usos un tanto diferentes.

Un ejemplo serían las tarjetas Raspberry Pi, las cuales son computadores compactos en un sentido amplio, ya que disponen de alta capacidad de almacenamiento, mayor velocidad de procesamiento de cpu y memoria RAM amplia, en comparación con un Arduino. Estas placas Raspberry usualmente están diseñadas para usarse con un sistema operativo basado en Linux, por lo tanto manejan muchos procesos internos simultáneamente para mantener el funcionamiento de los componentes de la placa y los periféricos. Una placa Arduino es un sistema basado en un chip programable relativamente simple, que puede realizar tareas repetitivas con precisión.

En lugar de un sistema operativo como Linux, donde se ejecutan varios procesos o programas compartiendo cpu y memoria según demanda, el Arduino está diseñado para ejecutar un número menor de instrucciones, en comparación con una placa Raspberry Pi.

Otro ejemplo de sistemas programables son las tarjetas basadas en controladores PIC, que se pueden usar para entrenamiento o desarrollar proyectos. Un controlador PIC es también un chip programable con pines que se pueden conectar con periféricos, tales como controladores de motores, led, interruptores, pantallas, entre otros periféricos.

Una pieza indispensable de los microcontroladores PIC es el programador, el cual es una placa electrónica que permite grabar el código en la memoria del chip. El código lo podemos crear con un entorno como MPLAB en una PC. El código es transferido por cable USB al programador.

Ejemplos de uso

La gran flexibilidad y el carácter libre de Arduino hacen que puedas utilizar este tipo de placas prácticamente para cualquier proyecto de automatización, desde relojes hasta básculas conectadas, pasando por brazos robóticos, puertas controladas por voz o máquinas dispensadoras y dosificadores. Ahora se mostrarán algunas imágenes de proyectos.

Centro de Ingeniería Eléctrica y Sistema