Comenzando con Arduino en macOS Ventura

Arduino es una plataforma electrónica pequeña y económica para fabricantes. A continuación se explica cómo empezar a utilizarlo en macOS.

Cuando la pequeña plataforma electrónica Arduino irrumpió en la escena de la electrónica en 2005, provocó conmociones en la comunidad de fabricantes.

Una creación de Massimo Banzi y su equipo de desarrolladores en el Interaction Design Institute Ivrea, Italia, la pequeña plataforma de microcontrolador fue diseñada para proporcionar a estudiantes e ingenieros electrónicos aficionados una plataforma y herramientas pequeñas, simples y de bajo costo para permitir el desarrollo de la electrónica. .

La plataforma pasó por varias iteraciones antes de estandarizarse. El diseño de la plataforma es de código abierto, por lo que cualquiera puede crear dispositivos y componentes Arduino basados ​​en un diseño de referencia único y abierto.

La programación para Arduino se basa en el lenguaje de programación Arduino (APL), que a su vez se basa en Processing, pero APL es muy similar a C.

El nombre Arduino en sí se deriva del nombre de un bar en Italia donde se reunió el grupo de desarrollo, que a su vez derivó su nombre de un rey de Italia de la Edad Media.

Al igual que la antigua plataforma AVR, Arduino ofrece varias ventajas, a saber, menor costo, ubicuidad y suministro de componentes más accesible.

Desde la introducción de Arduino, ha surgido toda una industria y un ecosistema en torno a la plataforma, que ahora cuenta con aproximadamente treinta millones de usuarios en todo el mundo.

Cualquiera puede comenzar con Arduino por alrededor de $25, suponiendo que tenga acceso a una computadora. La mayor parte de la programación se realiza a través del IDE descargable de Arduino.

Sin embargo, el sitio oficial ahora tiene un IDE (Entorno de desarrollo integrado) en línea, que se puede utilizar para programar los dispositivos en la web.

En 2017, Arduino.cc anunció una asociación con ARM Holdings del Reino Unido.

Para obtener una introducción completa a Arduino, consulte ¿Qué es Arduino? en el sitio web oficial.

En la actualidad, hay muchos modelos de placas Arduino disponibles a diferentes precios. Con diferencia, el más común es el Arduino Uno R3, que consta de una única placa pequeña con conexiones de alimentación y USB, conectores de entrada/salida (E/S) para sensores analógicos y digitales, y un mínimo de LED integrados para alimentación y comunicaciones de datos. .

La línea completa de placas incluye Uno, Nano, Pro Micro, Pro Mini, Leonardo, Due, Mega, Yun, Yun Mini, Gemma y otras. Arduino.cc también presentó recientemente una línea más nueva y de gama alta de Arduinos (familia MKR), que incluye funciones como redes LoRa, NodeMCU, NodeRed y otras funciones.

Algunas placas Arduino, como Gemma, se han retirado y ya no son compatibles, pero aún se pueden encontrar en línea en varios sitios de vendedores. También hay una familia Nicla de menor consumo diseñada para sistemas integrados y alimentación únicamente por batería.

La mayoría de las placas se basan en microcontroladores Atmel, sobre todo Atmel ATmega328 y otros, pero Due se basa en un procesador ARM de 32 bits y Yun ejecuta una versión completa del sistema operativo Linux y tiene WiFi integrado. Yun ahora está retirado y reemplazado por Yun Mini y la familia MKR, mucho más pequeños.

La Mega es una placa mucho más grande. Al igual que el Yun original, ofrece más de 50 conexiones a través de sus encabezados de E/S.

También hay versiones extremadamente pequeñas de Arduino como Seeed Studio XIAO SAMD21 ($11) y Beetle ($11).

La idea básica detrás de Arduino es conectar uno o más sensores electrónicos pequeños a los pines de conexión analógicos o digitales de la placa, generalmente etiquetados en el frente de la placa junto a los encabezados de los pines. Las comunicaciones hacia y desde los sensores se programan y cargan en Arduino mediante el IDE o el editor web.

Esta foto muestra un clon de UNO R3 de WeMos, que incluye WiFi, alimentación y pines analógicos a la izquierda, pines LED digitales y de transmisión/recepción a la derecha:

Leonardo, similar a la ONU se muestra aquí:

La mayoría de las placas tienen alimentación de 3,3 V/5 V, tierra (GND), de tres a 11 pines analógicos más diez E/S digitales, alimentación, transmisión (TX) y recepción (RX) que reflejan los LED integrados. Algunas placas tienen un solo LED compartido para TX/RX.

La placa Arduino se conecta a una computadora mediante un cable USB o WiFi. La mayoría de las placas tienen un conector USB tipo B (como la mayoría de las impresoras USB, o un USB Micro-B), y algunas placas de terceros también admiten Bluetooth.

Arduino.cc también está vendiendo una edición limitada UNO Mini mucho más pequeña ($ 55). Tiene aproximadamente la mitad del tamaño del UNO R3 y tiene un conector USB-C.

La mayoría de las placas Arduino obtienen su energía de la conexión USB, pero la mayoría también incluye un conector de alimentación de CC para energía adicional. Puede conectar un adaptador de corriente USB CC de 5 V o alimentar la placa con una batería estándar de 9 V, suponiendo que tenga el cable correcto:

Algunos modelos, como Pro Micro y Pro Mini, no tienen conexiones USB sino un conjunto de cinco o seis pines de cabecera. Deben programarse mediante un cable adaptador serie especial (normalmente basado en UART).

Pequeñas placas adaptadoras UART con puerto USB están disponibles en línea por unos pocos dólares:

Han aparecido muchos proveedores de placas de terceros y ahora hay disponible una amplia gama de variantes de placas con diversas funciones.

Algunos sensores solo tienen pines de sensor directos, mientras que otros también incluyen pines para estándares de bus de microprocesador como I2C, I3C, SPI, UART y otros. Las conexiones de bus externo permiten diseños de sistemas más complicados y casos de uso más avanzados, como la construcción de pequeños robots basados ​​en Arduino.

Los sensores del dispositivo incluyen, entre otros:

Han surgido docenas de empresas específicas de Arduino que ofrecen productos, tutoriales y libros adicionales basados ​​en Arduino. Los principales son Adafruit, Sparkfun, DFRobot, Funduino, Pixel Electric, Keystudio, SeedStudio, Seeduino, Hacktronics y otros.

Algunos de los proveedores, como Adafruit, han creado placas, como Trinket y Flora, que, si bien no son completamente Arduino, son compatibles con Arduino y se pueden programar utilizando el IDE de Arduino o el editor web.

De manera similar, ST Microelectronics ha desarrollado su propio estándar similar a Arduino llamado STM32, que es un estándar de 32 bits basado en ARM Cortex-M.

ST ofrece una pequeña placa de evaluación STM32 a bajo costo. STM32 se utiliza principalmente para el diseño y desarrollo de circuitos integrados, sobre todo para robots industriales:

ST también ofrece una línea de tableros de aprendizaje STM32 llamados NUCLEO con un precio inicial de alrededor de $30.

Varias empresas de terceros ofrecen pequeños tableros de aprendizaje STM32 por menos de 10 dólares.

Otras empresas, como Ideaspark, han llevado Arduino un paso más allá al incluir pequeñas pantallas OLED integradas directamente en sus placas, lo que facilita la visualización de la información que se procesa en un Arduino.

Otros proveedores de placas han incluido los módulos de red ESP32 o ESP8266 directamente en sus placas, haciéndolas inalámbricas.

Las empresas especializadas en cámaras Arduino incluyen Charmed Labs y Arducam, entre otras. La mayoría de las cámaras Arduino utilizan el bus SPI para la transferencia de datos.

Consulte también el kit de sensor Seeed Arduino ($36) disponible en Kiwi Electronics.

Una de las mayores fortalezas de Arduino es la capacidad de conectar protectores de sensores a una placa. La mayoría de los escudos se ajustan a la ONU, pero algunas empresas emprendedoras como Keystudio fabrican escudos para placas más grandes como la Mega.

Un escudo es simplemente una segunda placa de circuito impreso (PCB) que contiene uno o más sensores o dispositivos, con filas de pines en la parte inferior que se conectan directamente a los pines de E/S de un Arduino. Al colocar un escudo encima de un Arduino, amplía instantáneamente su funcionalidad sin cables ni soldaduras.

A continuación se muestra un ejemplo de escudo Ethernet:

Algunos escudos, como los del Nano, son escudos inversos. Dado que el Nano no tiene E/S ni cabezales de alimentación, sino solo pines de conexión en la parte inferior, algunas empresas han creado placas de conexión Nano en las que el Nano encaja en la parte superior.

Los pines del Nano se conectan al escudo (en lugar de viceversa), que tiene un puerto de alimentación, un interruptor de reinicio y una gran cantidad de pines macho y hembra para conexiones de cables de puente, moviendo efectivamente las conexiones al escudo. Esto hace que el Nano sea mucho más fácil de manejar:

Dado que el Nano tiene un puerto USB, aún puedes programarlo directamente y probar tus circuitos, pero una vez que tu diseño esté completo, puedes desconectar el Nano de su escudo y conectar los sensores a sus pines directamente. Puede colocar fácilmente un Nano dentro de un avión, vehículo o modelo de cohete RC.

Hay una amplia gama de escudos disponibles, pero los más comunes y populares son:

Hobby Components en el Reino Unido vende un escudo de aprendizaje multifunción (4.58) para Uno y Leonardo, que incluye una pantalla LED de 4 dígitos, un timbre, tres interruptores de entrada, un interruptor de reinicio, un conector de 5 V/GND, una resistencia variable para analógico. pin 0 y un encabezado para un módulo de reconocimiento de voz Bluetooth adicional (APC220).

Cohesive Computing tiene una guía en línea sobre escudos multifunción.

Aquí hay un escudo LCD en un UNO alimentado por una batería de 9V:

Si desea crear y probar sus circuitos personalizados con Arduino, es mejor que utilice placas de pruebas en lugar de escudos. Una placa de pruebas es simplemente una pequeña placa de plástico que contiene filas de orificios de conexión de circuitos que tienen rieles de metal debajo para las conexiones.

Conecta los componentes a una placa de pruebas y luego los conecta a su Arduino con cables de puente a los conectores de E/S de 3,3 V/5 V y GND. La mayoría de las placas de pruebas tienen dos filas de alimentación en los lados largos: una para la alimentación que generalmente está marcada con "+" y es roja, y otra para tierra que generalmente está etiquetada con "-" y es azul.

Puede conectar las conexiones de alimentación a la placa de pruebas en cualquier punto a lo largo de los rieles de alimentación. Luego se utilizan cables de puente adicionales para conectar hacia y desde la alimentación/tierra a los componentes en el centro de la placa para crear un circuito completo.

Las placas de pruebas vienen en varios tamaños, pero las más comunes son las placas de plástico blancas, cortas y largas, de 5"-10". Hay disponibles placas de pruebas enormes adicionales con terminales de alimentación, al igual que otras pequeñas sin rieles de alimentación dedicados.

Algunas placas de pruebas especializadas tienen espacios para asegurar sus placas Arduino con tornillos o separadores.

Algunas empresas fabrican pequeños protectores de alimentación/USB que se conectan directamente a las placas de pruebas y proporcionan alimentación directa a ambas filas laterales de rieles de alimentación, un puerto USB, un puerto de alimentación de CC, un interruptor de encendido/apagado, un LED de alimentación y puentes para 3,3 V/ Selección de 5V. Algunos, como el que se muestra a continuación, proporcionan dos conjuntos de conexiones de alimentación con puentes, lo que le permite conectar 3,3 V o 5 V a los rieles de alimentación:

Todo lo que necesita para alimentar estas placas es un segundo puerto USB, un adaptador de corriente CC de 5 V o una batería de 9 V, lo que elimina la necesidad de conectar cables de puente a su Arduino para obtener energía.

A continuación se muestra una vista de una variedad de hardware Arduino:

Desde arriba a la izquierda, por fila: clon ESPDuino UNO de DOIT.am, clon WeMos D1 WiFi UNO, Nano en escudo inverso, escudo de prototipos, escudo de prototipos con componentes, placa de evaluación STM32, LED, mini placa de pruebas, escudo Ethernet, escudo de ruptura Funduino, Escudo del controlador del motor CNC, escudo LCD, lectura LED de 8 dígitos, resistencias de 220 ohmios, resistencias SMD de 1K, cables de puente, clips de prueba, teclado táctil.

El término Internet de las cosas ha llegado a describir cualquier pequeño dispositivo conectado basado en un microcontrolador que puede detectar algo, conectarse a Internet y controlar o informar desde los sensores.

Si bien IoT abarca una amplia gama de sistemas, incluidos sistemas integrados y no solo Arduino, cuando los fabricantes escuchan el término IoT, vienen a pensar en Arduino.

Para instalar Arduino IDE en su Mac, vaya a arduino.cc, haga clic en "Software" y luego, en la sección Opciones de descarga, haga clic en el enlace de la versión de Mac para Intel o Apple Silicon.

Tenga en cuenta que, a menos que desee jugar con la versión de desarrollo actual, no desea el enlace en la sección "Nightly Builds". Las compilaciones nocturnas pueden ser inestables y contener errores.

La página de descargas también enlaza con el editor web en línea de Arduino, que le permite guardar sus programas en la nube de Arduino.

Para conectar su Arduino a su Mac, busque un cable USB apropiado. Dependiendo del tipo de puerto USB de su Arduino, probablemente será USB tipo A a USB tipo B, tipo A a USB Micro-B, USB C a tipo B o USB C a Micro-B.

Los Arduino Nano suelen utilizar un conector Mini-B de 8 pines, que tiene un conector un poco más grande que el Micro-B. Tenga en cuenta que hay dos variantes de Mini USB: el tipo más antiguo de 8 pines y un tipo Mini-B estándar un poco más grande.

Para la mayoría de los Nanos, querrás el tipo más antiguo de 8 pines. Sorprendentemente, el enchufe estándar no se adapta a la mayoría de los Nano.

Deberías ver la luz LED de alimentación integrada cuando conectes tu Arduino a tu Mac. Si su Arduino tiene un chip WiFi o Bluetooth incorporado, como ESP8266, es posible que tenga un LED separado que comience a parpadear tan pronto como conecte el Arduino.

Algunos Arduinos tienen dos LED de alimentación integrados. No los confunda con los LED TX/RX, que parpadean sólo durante la transferencia de datos.

A continuación, abra el IDE de Arduino que descargó haciendo doble clic en él en el escritorio de Mac:

Se abrirá una única ventana de Arduino con una pequeña cantidad de código de plantilla.

Si es necesario actualizar alguna biblioteca, aparecerá un mensaje en la esquina inferior derecha de la ventana del editor IDE:

Haga clic en "Instalar todo" para actualizar todas las bibliotecas instaladas (llegaremos a las bibliotecas en un minuto). Este mensaje aparecerá de vez en cuando cuando ejecute el IDE y las bibliotecas necesiten actualizarse.

La primera vez que ejecuta el IDE, o si tiene más de un Arduino conectado, debe indicarle al IDE qué Arduino desea usar. El IDE conoce todos los tipos de Arduino y todos los puertos posibles de su Mac a los que puede conectarse, pero inicialmente no sabe cuál desea usar ni dónde está conectado.

Si su tablero no se muestra en el menú emergente de la esquina superior izquierda de la ventana cuando abre el IDE, haga clic en el menú y selecciónelo. Si no aparece en el menú, haga clic en "Seleccionar otra placa y puerto" y luego selecciónelo de la lista proporcionada:

Los puertos típicos son USB, WiFi, Bluetooth o Serie. También hay una ventana de monitor serie que puedes abrir para monitorear las comunicaciones entre tu Mac y tu Arduino:

Si su placa tiene varias interfaces de red, se enumerarán por separado en el menú emergente. En el siguiente ejemplo, estamos usando el clon ESPDuino.

Aunque la interfaz Bluetooth aparece en primer lugar, el UNO está conectado mediante un cable USB, que aparece en segundo lugar como "/dev/cu.usbserial-143110". Como no queremos utilizar la interfaz Bluetooth, debemos seleccionar la conexión USB (cu.usbserial-143110).

Tenga en cuenta que en la ventana "Seleccionar otra placa y puerto", primero debe seleccionar un tipo de placa. Como ya conoce el tipo de placa, esto reduce la lista de posibles puertos de conexión una vez que selecciona el tipo de placa.

Si habilita la casilla de verificación "Mostrar todos los puertos", se mostrarán todas las conexiones de puertos posibles para la placa seleccionada:

En el ejemplo anterior, hay dos UNO conectados. Los primeros dos puertos están en el ESPDuino, que tiene Bluetooth y USB, y el tercer puerto es el puerto USB en un clon genérico de UNO que solo tiene USB. Así que tenga cuidado: es fácil confundirse.

También puede seleccionar su placa y puerto desde el menú Herramientas enHerramientas->Tablero y Herramientas->Puerto . Si seleccionasObtener información del tablero justo debajo, se le mostrará el nombre de la placa, su proveedor de USB exclusivo y las identificaciones de los productos. (Cada fabricante de dispositivos USB debe registrar un proveedor de USB y una identificación de producto en USB.org):

Ahora que el IDE está conectado a su Arduino, hagamos un recorrido rápido por la ventana del editor IDE:

En la parte superior de la ventana, en la barra verde, de izquierda a derecha, se encuentran:

Justo debajo del botón del panel del monitor serie USB se encuentra el botón de la pestaña Editor:

A lo largo del lado izquierdo de la ventana del editor hay cinco botones, que son, de arriba a abajo:

Una vez que haya configurado su placa, el IDE de Arduino es muy fácil de usar.

El panel Administrador de bibliotecas en las ventanas de bocetos le permite descargar bibliotecas oficiales y de terceros y actualizar las instaladas. Las bibliotecas son paquetes de códigos que agregan una funcionalidad específica o soporte de dispositivo al IDE.

Por ejemplo, si utiliza una marca particular de sensor no genérico, primero deberá descargar su biblioteca e instalarla.

Puede ver diferentes categorías de bibliotecas haciendo clic en el menú emergente "Tema" en la parte superior de la ventana del Administrador de bibliotecas.

Hay algunos libros introductorios que vale la pena leer para aprender Arduino:

También hay una serie de buenas hojas de referencia para tener a mano con resúmenes de Arduino, incluidas las de MAKE: y SparkFun.

El mundo Arduino es enorme y ofrece posibilidades prácticamente infinitas. Con Arduino y sensores, puedes construir un prototipo de prácticamente cualquier sistema que desees.

En artículos futuros, exploraremos la programación de Arduino y usos más complejos, como domótica, cámaras, monitoreo del clima, control de motores y diversas comunicaciones por bus.

Chip es un veterano de 30 años en la industria de Apple, es autor de 18 productos de software comerciales para Mac y ex empleado de Apple y Sony.