Física (plan 2002) 2021-2

Séptimo Semestre, Laboratorio de Electrónica

Laboratorio de electrónica

Desde hace muchos siglos, no tener acceso al conocimiento ha sido un factor de exclusión social. Por el analfabetismo se han desperdiciado capacidades y talentos de los seres humanos. En nuestra época se dan nuevas formas de “analfabetismo”. Ya no basta con saber leer y escribir. Existe lo que se llama ahora analfabetismo digital: el desconocimiento de la tecnología que nos permite ampliar nuestras capacidades con el uso de computadoras. Una parte de esto se resuelve aprendiendo a usar el abundantísimo software para todo tipo de actividades.

Pero hay otro “analfabetismo” que, en el caso especial de quien estudia física es más problemático, tiene que ver con que pocas personas saber hacer algo con su propias manos. El conocimiento del software es muy extendido pero el del hardware no. Para algunas personas, los dispositivos electrónicos son "chunchitos" que se conectan por un cable USB y que cuanto tienes algún problema te compras otro y ya.

En la actualidad, el desarrollo de la electrónica digital es abrumador y mucha de la tecnología actual está basada en ella. Además existe una amplísima oferta de plataformas y conocimientos que nos permiten resolver problemas con gran facilidad y potencia.

El objetivo del curso es mostrar algunas de estas herramientas y plantear problemas a resolver con ellas. La idea central es ampliar las capacidades de los alumnos con el conocimiento de las tecnologías más recientes, a través de la práctica, aplicando conceptos de electrónica.

Es muy distinto el alcance de los proyectos que se pueden emprender cuando se conocen herramientas manuales elementales que cuando se está dotado de herramientas mucho más desarrolladas basadas en la electrónica digital. Un carpintero que sólo ha usado martillo y serrucho resuelve los problemas de una forma muy distinta que aquel que sabe usar una máquina de corte láser y tiene herramientas eléctricas de todo tipo.

Algo semejante pasa con una persona que tiene conocimientos muy básicos de circuitos eléctricos que con otra que conoce y ha usado microcontroladores.

En la actualidad existe una plataforma muy popular, extendida y barata basada en Arduino, una propuesta de uso general, abierta y económica de microcontroladores a cuyo alrededor ha proliferado una gran cantidad de componentes periféricos. Usarla puede cambiar nuestra perspectiva de cómo resolver problemas y hacernos más capaces de hacerlo.

El enfoque del curso se puede resumir en lo siguiente: conoce y usa la electrónica digital para que sepas resolver más problemas. Equipa tu mente para que se amplíen tus horizontes. Arma tu talento con conocimientos y herramientas digitales.

Dinámica del curso

Es todo un reto en las condiciones actuales un curso de laboratorio. Ninguna simulación sustituye al mundo real, aunque en algunos casos puede ayudar.La facultad ha comprado kits de compontentes básicos con los cuales hacer prácticas no simuladas. Todas las clases serán prácticas aunque lleven buenos ratos de exposición de teoría, pero será con el fin de entender lo necesario para una o varias prácticas. Normalmente lo que hacemos en el laboratorio es dar las explicaciones necesarias para la práctica en cuestión, la cual se basa en resolver un problema propuesto. Se da la exposición y los alumnos ponen "manos a la obra". Los acompañamos a lo largo de la clase para resolver dudas, dificultades, errores… y al final se logra el objetivo y los alumnos reportan los resultados. Lo que haremos será un poco lo mismo, no estaremos físicamente con ustedes pero hay buenas formas de estar juntos a través de Zoom, y contar con los kits de componentes nos permitirá seguir una dinámica parecida a la presencial: damos un rato de expliaciones y ustedes se ponen a trabajar con sus circuitos. En todo momento estamos disponibles para aclararles cualquier duda o consulta que nos quieran hacer. A veces una práctica se prolonga más de una clase y es fácil que ustedes trabajen por su cuenta en el horario de su conveniencia. De cualquier forma nos veríamos todos los miercoles y viernes en el horario asignado al curso para ir avanzando en los distintos temas. Todas las explicaciones serán grabadas para que puedan acceder en otros horarios.

Temario

1. Introducción a Arduino. Encendido y apagado de LEDs. Código Morse. SOS. Iniciales del estudiante en código Morse.

Componentes usados: Arduino, LED, resistencia 330 ohms, protoboard, zumbador

2. Salidas digitales. Modulación de ancho de pulso y simulación de salidas analógicas. Rampas de encendido y apagado de LEDs.

Componentes usados: Arduino, LED RGB, resistencias 330 ohms, protoboard.

3. Entradas digitales. Entradas a través de un switch. Toggle switch. Menú con switches para selección de patrones de encendido de LEDs.

Componentes usados: Arduino, LED, resistencia 330 ohms, push button switch, resistencia 10 kohms, protoboard.

4. Entradas digitales y comunicación serial. Medición de la velocidad de rotación de un spinner.

Componentes usados: Arduino, LED, resistencia 330 ohms, protoboard, sensor optorreflectivo.

5. Entradas digitales y comunicación serial 2. Medición ultrasónica de distancias.

Componentes utilizados: Arduino, protoboard. Sensor ultrasónico

6. Entradas analógicas. Medición de la temperatura usando el sensor analógico LM35 y programación de un termómetro de máxima y mínima transmitiendo a la computadora via USB los datos de la medición.

Componentes usados: Arduino, protoboard, LM35, zumbador

7. Display LCD. Uso de un display de cristal líquido de 2 líneas de 16 caracteres. A la práctica anterior se le añade un LCD para poder ver los datos sin la necesidad de una computadora.

Componentes usados: Arduino, protoboard, LM35, LCD

8. Uso de componentes digitales. Escritura y lectura de una tarjeta SD. Al termómetro ya construido se le añade el registro de la temperatura en una tarjeta SD.

Componentes usados: Arduino, protoboard, LM35, LCD, lector de memorias microSD

9. Manejo del tiempo en Arduino. Uso de las librerías de tiempo. Programación de un reloj, cronómetro y temporizador.

Componentes usados: Arduino, protoboard, LCD, push button switch.

10. Colector de datos. Registro de temperaturas con marca de tiempo en tarjeta microSD.

Componentes usados: Arduino, protoboard, LM35, LCD, lector de memorias microSD, push button switch, zumbador

11. Interfaces digitales. Medición de intensidad luminosa con el sensor BH1750 con interfaz I2C. Colector de datos.

Componentes usados: Arduino, protoboard, sensor BH1750, lector de memorias microSD

12. Interfaces digitales 2. Medición de temperatura usando el sensor DS18B20 con interfaz OneWire. Colector de datos.

Componentes usados: Arduino, protoboard, sensor DS18B20, lector de memorias microSD

13. Interfaces digitales inalámbricas. Transimisión de datos usando la interfaz Bluetooth hacia y desde un celular.

Componentes usados: Arduino, protoboard, módulo Bluetooth HC06, LEDs, resistencias, push button switch

14. Monitoreo de temperatura e intensidad luminosa usando un celular.

Componentes utilizados: Componentes usados: Arduino, protoboard, módulo Bluetooth HC06, sensor DS18B20, sensor BH1750

15. Servomotor controlado desde un celular y/o desde la computadora.

Componentes utilizados: Componentes usados: Arduino, protoboard, módulo Bluetooth HC06, servomotor SG90

Además se harán algunas prácticas demostrativas, por ejemplo, medición de los impulsos eléctricos del corazón.

Al final, se hará un proyecto sencillo a elección de cada estudiante.

Evaluación

Habrá una tarea única sobre circuitos eléctricos al inicio del curso. (10%)

Cada práctica debe reportarse. Los reportes serán parte importante de la calificación (60%)

Reporte y exposición del trabajo final realizado (30%)

Recursos técnicos

Las clases serán a través de Zoom (primera cita, miércoles 3 de marzo, a las 7 A.M:

https://cuaed-unam.zoom.us/j/87986728826

Para la organización colectiva del curso usaremos Classroom de Google:

https://classroom.google.com/c/Mjc3MDUxNDE2NTMz?cjc=db7r72c

Para la programación de Arduino usaremos https://create.arduino.cc/

Para simular algunos de los temas vamos a usar Tinkercad

Lo mejor es que cada alumno cuente con los componentes necesarios para hacer sus prácticas, quienes que así lo deseen pueden comprar sus componentes (daremos a conocer la lista en la primera clase) y para los que no puedan comprar sus componentes, la facultad adquirió unos kits el semestre anterior que se enviaron a los alumnos, en cuanto sean regresados por quienes los recibieron estaremos en condiciones de reenviarlos a los alumnos que lo soliciten,