INTRODUCCION A LA ELECTRÓNICA E INTERACTIVIDAD

(captando el mundo fisico con arduino)

Conceptos de electronica (voltaje, corriente, ley Ohm, divisor tension, ...)

Introducción a las implicaciones práctizas del trabajo con sensores y actuadors

Protocolos de comunicación y entrada de datos (midi, serial, osc, ...)

Equipos comerciales (icube, kroonde, miditron) vs. sistemas de hardware libre (arduino)

Mapping. "naturalizando" los inputs

Alex Posada 2006

ELECTRONICA BÁSICA

La electricidad es el flujo de electrones a través de un conductor.La electricidad se caracteriza por 4 conceptos que se relacionan entre si. Voltaje, intensidad, resistencia y potencia.

VOLTAJE: Nivel de energia de los electrones respecto a un punto de referencia (tierra, masa o ground). La unidad son Voltios.INTENSIDAD o CORRIENTE: Es la cantidad de carga que atraviesa el electrón por segundo. La unidad son Amperios.RESISTENCIA: Es la capacidad de oposicion al paso de corriente que tiene un material. La unidad son Ohmnios. Relaciona la corriente y el voltaje.POTENCIA: Es la energia consumida por un componente electrónico. La unidad es el Vatio (Watts). Relaciona el voltaje y la corriente.

P = V · I

ELECTRONICA BÁSICACOMPONENTES ELECTRÓNICOS:

FUENTE

TIERRA

FUENTE

RESISTENCIA

RESISTENCIA VARIABLE

PULSADOR

CONDENSADOR

INTERRUPTOR

DIODO

DIODO LED

LAMPARA

RESISTENCIA VARIABLE CON LUZ (LDR)

MOSFET

MOTOR

ELECTRONICA BÁSICASERIE Y PARALELO

Circuito abierto y circuito cerrado

Circuito serie y paralelo

ELECTRONICA BÁSICALEY DE OHM

V = I · R

R = V / I

I = V / R

para r = 10 OhmI = V / R = 5 / 10 = 0.5 A = 500mA

para r = 20 OhmI = V / R = 5 / 20 = 0.25 A = 250mA

para ra = rb = 1000 OhmRtotal = ra + rb

I = V / Rtotal = 5 / 2000 = 0.0025 A = 2.5 mA

p = rb · I = 1000 · 2.5mA = 2.5V

ELECTRONICA BÁSICADIVISOR DE TENSION

Divisor de tension con un potenciometro:

Moviendo el potenciometro conseguimos que p varie entre 0V y 5V.

Divisor de tension con sensor resistivo de luz:

cuando varia la luz, la resitencia del LDR varia y el valor del voltaje p cambia.

ELECTRONICA BÁSICADIVISOR DE TENSION

Pulsador con circuito flotatante

pulsado: p = 5Vno pulsado: p = flotante (ruido)

Pulsador con division de tension. Sensores digitales.

pulsado: p = 5V (rpulsador = 0)no pulsado: p = 0V (rpulsador = infinito)

ELECTRONICA BÁSICAELECTRONICA DIGITAL. BINARIO Y HEXADECIMAL

BIT: Unidad basica del codigo binario. 0 y 1. 2 estadosen electronica 5V = 1 , 0V = 0asi podemos representar numeros binarios con señales electricas

NUMEROS:

000 001 010 011 100 101 110 1110 1 2 3 4 5 6 7

BYTE (BINARIO Y HEXADECIMAL): 1byte = 8bits agrupados

00001000 10000000 (representacion base binario)8 128 (representacion base decimal)0X08 0X80 (representacion base hexadecimal)

ELECTRONICA BÁSICAELECTRONICA DIGITAL. MUESTREO, RESOLUCION Y PWM

MUESTREO: Para convertir una señal analogica a digital debemos de muestrear con un conversor AD (analogico-digital)La frecuencia de muestreo es el numero de muestras que se toman por segundo. frecuencia del cd audio = 44100 Hz(muestras/segundo)

RESOLUCION: Es la precision en el muestreo. Cantidad de bits que se utliza para representar las muestras. A mayor resolución mayor precisión.8 bits = 256 valores de amplitud16 bits = 65536 valores amplitud (cd audio)

MODULACION ANCHURA DE PULSO

Pulsos constantes de longitud variable.PWM = 100% > 5VPWM = 0% > 0 VPWM = 50% > 2.5V (Valor medio)

¿QUE ES UN SENSOR?

El sensor es un dispositivo que nos permite transducir un parametro físico en una señal eléctrica.

¿QUE ES UN ACTUADOR?

El actuador es un dispositivo que nos permite transducir una señal eléctrica en un parámetro físico.

TIPOS DE SENSORES

- Interruptores y pulsadores (botones, keyboards)- Magneticos (efecto hall)- Piezoelectricos (pads de bateria electronica)- Presion o FSR’s (pads de suelo, basculas, ...)- Infrarojos (GPD12) (Detectores para robots, theremin)- Ultrasonidos (SRF04) (sonars para robotica)- Acelerometros (airbag, VR, navegacion)- Flexores (datagloves)- Inclinometros- Fotoresistencias (ldr) y Fotodiodos (luz)- Capacitivos (paneles tactiles)

TIPOS DE ACTUADORES

led (luz)Reles (interruptores de potencia)Solenoides (desplazamiento) Motores DCMotores paso a paso (movimiento por pasos muy precisos)Servomotores (control de posicion)(1ms - 2ms anchura pulso) Electrovalvulas(valvulas electricas para gases y liquidos)

COMUNICACION ENTRE EL SOFTWARE Y EL HARDWAREProtocolos para computadoras

- PROTOCOLO SERIE (RS-232, RS-485 (balanceado),...) (frecuencia, paridad, bits)

- MIDI (MUSICAL INSTRUMENTS DIGITAL INTERFACE) Protocolo serie Frecuencia = 31.25 Kbytes/seg Mensajes de control (notas, ctrl) y mensajes de sistema

- OSC (OPEN SOUND CONTROL) Protocolo por paquetes a traves de TCP/UDP Muy rapido y efectivo Comunicacion a través de internet Sistemas inalambricos WIFI

SISTEMAS PARA ADQUISICION DE DATOSEquipos comerciales VS sistemas hardware libre

¿Que es el hardware libre?Crear y compartir diseños de equipos electronicos, y programas relacionados con ellos, como los "drivers". 4 libertades.

Libertad de usoLibertad de compartirLibertad de modificacion (fuentes)Libertad de distribucion

Un diseño se considera hardware libre si ofrece las 4 libertades del software libre en el diseño del esquematico, el PCB y el fichero de fabricacion.

hardware estatico (arduino) y hardware reconfigurable (VHDL, chips)

Ventajas mas importantes del hardware libre

- Los costes son mucho menores ya que no hay un interes comercial (ventaja para el usuario)

- Acceso al codigo fuente de diseños y librerias que permite personalizar y mejorar la aplicacion (ventaja para el desarrollador)

Sistemas de hardware libre. ARDUINOEs uno de los primeros proyectos de hardware libre que tiene una gran acojida entre los usuarios. Sistema para desarrollo de prototipos basado en microcontrolador Atmega8 (AVR - ATmel). Interface USB.Comunidad de usuariosGran numero de libreriascoste: 25¤

Sistemas comerciales

IcubeXFue el primer interface midi comercial para sensores. 1998Digitizer32 entradas analogicas - 8 salidas digitalescoste: 700¤Wi-minidig8 entradas analogicas600¤

Sistemas comerciales

Atomic Pro (IRCAM)2002-2003Interface midi para sensores16 entradas analogicas coste: 600 ¤

Sistemas comerciales

miditron2005Interface midi sensores y actuadores20 puertos de I/O150¤

Sistemas comerciales

Ehtersense (Ircam)Nuevo sistema del ircam32 canales, 16 bitsComunicacion por OSCcoste: 1000¤

Sistemas comerciales

Wisebox Nuevo sistema del ircam8 canales, 16 bitsComunicacion por OSC a través de wificoste: 950¤

Sistemas comerciales

KroondeLa kitchen labSistema inalambrico por radiofrecuenciaComunicacion por UDP (osc y netsend)coste: 1500¤

Sistemas comerciales

ToasterLa kitchen labSistema de captura para 16 sensoresComunicacion por UDP (osc y netsend)coste: 900¤

Sistemas comerciales

TeleoMakingthings with cycling74 (only for MAXMSP)Sistema hardware modular multifuncion (muchos modulos)Comunicacion por USB (mismo hardware que arduino)coste: 200¤ c/u

Mapeo y acondicionamiento de señal de sensores

El mapping es el proceso o algoritmo aplicado por software para filtrar, suavizar y convertir señales procedentes de sensores (datos en bruto) a salidas validas (datos faciles de entender).

Decidir que canales externos se comunicarán con que canales internos, y de que forma lo harán

Tipos de mapeo:

- Mapeo 1 a 1 (mapeo directo sensor -> parametro)- Mapeo varios a 1 (varios sensores -> un parametro)- Mapeo varios a varios (entornos multimodales) (sistema de mapeo mas potente)

Mapeo y acondicionamiento de señal de sensores

SENSORES ---> MAPPING (sistema) ---> Excitadores

Mapeo y acondicionamiento de señal de sensores

DIFERENTES FORMAS DE MAPEO

Mapeos sencillos

- Filtrado (algoritmos de media, ...)- Reescalado (lineal o no lineal,...)

Mapeos complejos

- Redes neuronales (multilayer perceptron, ANN)

Mapeo y acondicionamiento de señal de sensores

Red neuronal:

- solución de problemas complejos- simulacion del cerebro humano- aprendizaje adaptativo- autoorganizacion- tolerancia a fallos- funcionamiento en tiempo real

aplicaciones para medicina, metereologia, militar, prevision de patrones, sintesis de voz, etc......

Maping en pure-data

HID : abstracciones y objetos para human interface devices

La kitchen: abstracciones para mapping en pure-data.

ANN: artificial neural networks en pure-data