Ing. Guillermo Murcia [email protected] Ing. Jorge ... · PDF fileGuardamos la carpeta en la raíz del disco local y ... impresora, mouse, ... manual la ruta de la carpeta en

Ing. Guillermo Murcia [email protected] Ing. Jorge Luis Strack [email protected]

mailto:[email protected]














INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica

Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata

Problema a resolver Guía 3

El objetivo es aprender a comandar una placa ARDUINO desde LabVIEW. En

esta primera clase introductoria se propone realizar un semáforo de 1 tiempo

controlado y monitoreado desde la PC. Se eligió el mismo por tratarse de un

ejercicio que reúne numerosos comandos, estructuras y funciones.

2

Desarrollo de una solución con ARDUINO

La cátedra suministrará a los alumnos placas ARDUINO UNO, MEGA 2560 e Intel Galileo, con placas de expansión (SHIELDS) que cuentan con 4 pulsadores, 4 leds, 1 potenciómetro y peines de conexión para acceder a sus pines.

3



ARDUINO UNO R3 ARDUINO MEGA 2560 INTEL GALILEO GEN 1

Placa ARDUINO UNO:

4



3.3V (50 mA máx.)

5V (300 mA máx.)

PIN RESERV.

6 ENTRADAS

ANALÓGICAS

A0-A5

GND

Vin +7-12V RESET

V REF. I/O

14 ENTRADAS ó SALIDAS

DIGITALES 0-13

COMUNICACIÓN

SERIE (RX – TX)

COMUNICACIÓN

ICSP

GND

V REF. AN.

COMUNICACIÓN

I2C

PROGRAMACIÓN ICSP

LED PIN 13

JACK DE

ALIMENTACIÓN

EXTERNA

(7 a 12V)

CONECTOR USB

TIPO B HEMBRA

BOTÓN DE

RESET

LED DE ENCENDIDO

MICROCONTROLADOR

ATMEGA 328

Placa ARDUINO MEGA 2560:

5



16 ENTRADAS

ANALÓGICAS A0-A15 ALIMENTACIÓN

55 ENTRADAS ó SALIDAS

DIGITALES 0 - 54

4 PUERTOS DE

COMUNICACIÓN

SERIE (RX – TX)

COMUNICACIÓN

ICSP

GND

V REF. AN.

COMUNICACIÓN

I2C

PROGRAMACIÓN ICSP

LED PIN 13

JACK DE

ALIMENTACIÓN

EXTERNA

(7 a 12V)

CONECTOR USB

TIPO B HEMBRA

BOTÓN DE

RESET

LED DE

ENCENDIDO

MICROCONTROLADOR

ATMEGA 2560

http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560

Placa de expansión:

6



BOTONES DE LAS 4 ENTRADAS DIGITALES

(D4, D5, D6, D7) D4 D7

LEDs DE LAS 4 SALIDAS DIGITALES (D0, D1, D2, D3)

D0

D3

POTENCIÓMETRO DE LA ENTRADA ANALÓGICA A0

6 ENTRADAS ANALÓGICAS

(A0…A5)

A0 A5

12 PINES DIGITALES I/O (P2-P13)

P2 P13

PINES P0 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13

SETEO - - D4 D5 D0 D1 D6 D2 D7 D3 - - - -

FUNCIÓN RX TX Comun.

con la PC

In Int. Ext.

In Int. Ext

Out Out pwm

In Out In Out pwm

Comunicación con Shields

Configuración de los pines digitales:

7



La placa cuenta con tres tipos de memoria:

FLASH: en ella se almacenan los programas conocidos como sketchs.

SRAM: (Memoria Estática de Acceso Aleatorio), allí se crean y manipulan variables durante la ejecución del sketch.

EEPROM: memoria en la que se pueden almacenar datos a largo plazo.

Las memorias Flash y EEPROM son no volátiles, es decir, la información no se pierde o volatiliza con la falta de energía. Por el contrario, la memoria SRAM es volátil, es decir, sus datos se borran al desenergizar la placa. Las placas ARDUINO UNO y MEGA 2560 tienen las siguientes capacidades de memoria: Para requerimientos mayores de memoria, por ejemplo, para guardar registros de mediciones, existen SHIELDs o Tarjetas de Expansión que permiten conectar memorias SD y micro SD a la placa Arduino y, leer y escribir datos en ellas a través de librerías existentes en el Entorno de programación de Arduino.

Características de memoria:

Memoria ARDUINO UNO ARDUINO MEGA 2560

FLASH 32K bytes 256 K bytes

SRAM 2K bytes 8K bytes

EEPROM 1K byte 4K bytes

8



Entrada digital por interruptor o pulsador - Entrada analógica por potenciómetro

- Conexión pullup - Conexión pulldown

http://arduino.cc/

Manual de Arduino. Programación y conceptos básicos. Raul Diosdado – MakerZona.

Conexionado de entradas y salidas

http://arduino.cc/

http://arduino.cc/

http://arduino.cc/

http://arduino.cc/

http://arduino.cc/

http://arduino.cc/

http://arduino.cc/

http://arduino.cc/

http://arduino.cc/

http://arduino.cc/

9



Salidas digitales - Salida de baja corriente (< 40 mA - Salida de potencia a través de mosfet o por pin y < 200 mA en conjunto) transistor (salida de estado solido)

- Salida de potencia a través de relé (salida con contacto móvil)

http://arduino.cc/

Manual de Arduino. Programación y conceptos básicos. Raul Diosdado – MakerZona.

Conexionado de entradas y salidas

http://arduino.cc/

http://arduino.cc/

http://arduino.cc/

http://arduino.cc/

http://arduino.cc/

10

Construir dos programas que permitan ESCRIBIR las SALIDAS DIGITALES D0 a D3 desde la PC que sean compatibles con el programa realizado en el PIC la clase anterior.

• Que escriba el carácter “A” en el puerto COM que actúe de “instrucción” para ARDUINO. • Seguida a esa instrucción se podría enviar al COM virtual otros cuatro caracteres que sean “1” o “0” según se quiera encender o apagar las salidas D0 a D3 del ARDUINO.

¿Es la “instrucción”?

Que lea un caracter en el buffer de recepción COM virtual

NO

SI

Que lea los cuatro caracteres “1” o “0”

Que escriba los “1” o “0” en D0 a D3

Programa en PC Programa en ARDUINO



Desarrollo de una solución con ARDUINO: Tendríamos que…

11

Estos programas también deberían permitir LEER las ENTRADAS DIGITALES D4 a D7 desde la PC.

• Que escriba el carácter “B” en el puerto COM que actúe de “instrucción” para ARDUINO.



NO

SI

Que lea las cuatro entradas digitales

Que envíe a la PC los “1” o “0” correspondientes a D4, D5, D6 y D7.




Desarrollo de una solución con ARDUINO: Luego…

• Que lea los “1” o “0” recibidos para conocer el estado de las entradas digitales.

12

Los programas también deberían permitir LEER las ENTRADAS ANALÓGICAS A0 a A5 desde la PC.

• Que escriba el carácter “C” en el puerto COM que actúe de “instrucción” para ARDUINO. • A continuación debería escribir el nº de entrada o canal analógico a consultar.



NO

SI

Que lea el nº de canal y adquiera el valor del mismo a través del ADC.

Que envíe a la PC el valor medido.




Desarrollo de una solución con ARDUINO: Por último…

• Que lea un nº de 10 bits enviado en 2 bytes para conocer el valor de la entrada analógica.

Generar un programa en un lenguaje

conocido

Crear un código de máquina

Cargar el código en la

placa ARDUINO

• Existen varios programas para generar el código. Miniblock, Ardublok, Amici, Mind+, Modkit, VirtualBreadBoard, VBB Jarvis, Eclipse, IDE ARDUINO, etc.

• Una vez creado el programa (proyecto) en lenguaje conocido se genera un archivo que contiene el proyecto en código de máquina (*****.hex).

• Una vez creado el archivo .hex se lo graba en el microcontrolador a través de un cable USB gracias al bootloader que ya viene grabado en el microcontrolador de fábrica.



Desarrollo de una solución con ARDUINO:

Veamos como se programa un microcontrolador de la familia ARDUINO

13

Generar un programa en un lenguaje

conocido

Crear un código de máquina

Cargar el código en la

placa ARDUINO

• Para estas dos tareas usaremos el propio IDE (Entorno de Desarrollo Integrado) de ARDUINO.



14

El IDE es portable, totalmente libre, y su última versión 1.6.5-r2 descargada de la web se encuentra en la carpeta “ARDUINO” del DVD de la Asignatura.

Guardamos la carpeta en la raíz del disco local y creamos un acceso directo del archivo ejecutable arduino.exe.


Veamos como se programa un microcontrolador de la familia ARDUINO



Los desarrolladores de ARDUINO ya desarrollaron un driver para cada modelo ,en nuestro caso UNO y MEGA 2560, que tienen cargado un BootLoader para que puedan ser conectados al puerto USB y sean reconocidos como un nuevo dispositivo a través de un puerto COM virtual.

De esta forma podemos enviar o recibir caracteres a ese puerto y así comunicarnos con la placa. Por lo tanto, al igual que con el PIC:

15

Paso 1 para resolver el ejercicio propuesto: instalamos el driver ARDUINO…

• Programaremos la placa ARDUINO. • Enviaremos y recibiremos caracteres como si fuera una impresora, mouse, instrumento, etc. • Permitiendo comandar la placa a través de programas como LabVIEW, Matlab, Python, Visual Basic, etc.


Los drivers de todos los modelos están en la carpeta “ARDUINO” del DVD de la Asignatura:



16





Conectamos nuestra placa ARDUINO didáctica. Debería aparecer la siguiente pantalla….

17


Luego de unos minutos Windows debería haber encontrado e instalado los drivers en forma automática.


18

Podemos comprobar si la instalación fue exitosa yendo a “Panel de control” y localizando la pestaña “Administrador de dispositivos”. Allí podemos detectar el número de puerto COM virtual asignado por el sistema.







19





20


Si Windows no pudo instalar los drivers en forma automática, se debe ingresar en forma manual la ruta de la carpeta en la que se encuentran los mismos yendo a Panel de Control Administrador de dispositivos Puertos (COM y LPT) seleccionar el puerto y hacer click derecho Propiedades Controlador Actualizar controlador…




¿Cómo funciona el conjunto Bootloader + driver en nuestro ARDUINO?

21

Cuando se energiza el microcontrolador desde la PC o desde el jack de alimentación externa se ejecuta el programa que le hayamos cargado

Cuando conectas la Placa Arduino didáctica al puerto USB se energiza el microcontrolador

Si queremos modificar el programa, vamos al IDE, programamos, compilamos y cargamos el mismo desde el puerto USB. La operación del bootloader ya está

automatizada en el IDE.


22



Paso 2 para resolver el ejercicio propuesto: abrimos el IDE…

Aquí editaremos, compilaremos y cargaremos en la placa el programa brindado por la cátedra.


23




Una vez conectada la placa a la PC, en primer lugar creamos un archivo nuevo y configuramos el modelo de placa (UNO o MEGA 2560) y seleccionamos el correspondiente puerto COM.


24




Editamos el programa copiando el código provisto en la Guía de Ejercicios nº 3, lo compilamos presionando Ctrl + R. Si la compilación fue exitosa, lo cargamos presionando Ctrl + U. Nuestra placa ya está lista y el programa se está ejecutando esperando a que le enviemos comandos desde LabVIEW.


25



Paso 3 para resolver el ejercicio propuesto: probamos los comandos desde un gestionador de comunicaciones por el puerto serie.

Instalamos el programa Docklight, configuramos el puerto COM y editamos los comandos que enviaremos a ARDUINO a fin de probar el programa cargado en el mismo y entender mejor el flujo de datos desde y hacia la PC.


26



Paso 4 para resolver el ejercicio propuesto: instalamos el NI-VISA… (sólo en el caso de no haberlo instalado la clase anterior)

VISA (Virtual Instrument Software Architecture) es una librería desarrollada por varios fabricantes de equipos que proporciona un estándar para las operaciones de lectura-escritura en instrumentación. NI-VISA es la implementación de National Instrument de este estándar, y a través de él LabVIEW puede establecer comunicaciones con dispositivos GPIB, serie o Ethernet.


NI-VISA está en la carpeta donde se encuentra “LabVIEW2011” del DVD de la Asignatura



27

Paso 4 para resolver el ejercicio propuesto: instalamos el NI-VISA…

También lo instalamos si es que ya no lo hicimos…


28




Si bien hay muchos VIs dedicados a VISA utilizaremos en general los siguientes:

• Configure Serial Port • Write • Read • Bytes at port • Clear y Close


29




No es estrictamente necesario su uso para un COM virtual

Escribe caracteres en el puerto COM especificado en “VISA resource name”


30




Lee caracteres en el puerto COM especificado en “VISA resource name”

Limpia los buffers de entrada y salida del dispositivo conectado al puerto COM especificado en “VISA resource name”


31




Cierra el puerto COM especificado en “VISA resource name”




Paso 5 para resolver el ejercicio propuesto: programamos la PC…

32

Una vez que lleguemos al ejercicio 3.4 el programa en la PC realizado en LabVIEW tendrá que:

1. Abrir una comunicación al puerto COM. 2. Enviar el caracter “A” que actúa como instrucción para entrar en la rutina de

escribir salidas digitales según el código programado en ARDUINO. 3. Enviar cuatro caracteres que sean “0” o “1” para encender o apagar los LEDs

respectivos. 4. Enviar el carácter “B” que actúa como instrucción para entrar en la rutina de leer las entradas digitales según el código programado en ARDUINO. 5. Leer el estado de activación de las entradas (los 4 bits menos significativos). 6. Enviar el carácter “C” que actúa como instrucción para entrar en la rutina de leer una entrada analógica y enviar el carácter “0” para ordenar el nº de canal conectado al potenciómetro. 7. Leer el valor de 10 bits entregado por el ADC que llega en 2 bytes. 8. Limpiar los buffers de entrada y salida. 9. Cerrar la comunicación al puerto COM abierto en 1.


Guía de

Ejercicios

N° 3

33

Documents

Ing. Guillermo Murcia [email protected] Ing. Jorge ... · PDF fileGuardamos la carpeta en la raíz del disco local y ... impresora, mouse, ... manual la ruta de la carpeta en