Proyecto S4A: Semáforo con LEDs y zumbador
2015
1. Objetivo Se pretende implementar un semáforo físico de coches y peatones programando su funcionamiento con el software S4A. El circuito eléctrico se probará en una placa protoboard conectada con la placa Arduino UNO. El circuito eléctrico se compone de tres leds (rojo, verde y ámbar), con sus correspondientes resistencias y de un zumbador, de modo que: -
El Led verde se mantenga encendido durante 10 segundos. El Led ámbar parpadee 4 veces durante 2 segundos. El Led rojo se mantiene encendido durante 5 segundos y no debe pasar los peatones (semáforo de coches). El zumbador sonará intermitentemente (durante 5 segundos) avisando a los peatones que cuando dejen de oírlo, el semáforo estará otra vez en verde y podrán cruzar.
Los leds se conectarán, respectivamente, a los pines 13, 11 y 10 de la placa arduino y el zumbador al pin digital 5. 2. Montaje eléctrico Los componentes electrónicos que requiere el montaje eléctrico son los siguientes: 1 led verde, 1 led ámbar, 1 led rojo, 1 zumbador y 3 resistencias de 220 Diodo emisor de luz: LED Un diodo LED es un componente electrónico que emite fotones de luz cuando deja pasar una corriente. Eso sucede, cuando la corriente circula de ánodo a cátodo y se dice que el diodo está polarizado en directa (Va>Vk o Vak>0). Cuando la corriente circula en el sentido contrario, es decir, cuando está polarizado en inversa, se comporta como si fuera un interruptor abierto, no dejando pasar corriente. Su símbolo eléctrico es el siguiente:
Susana Oubiña Falcón
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Físicamente, presenta dos patillas siendo el ánodo (+) la patilla larga y el cátodo (-) la patilla corta: Los LEds no siempre emiten luz visible de diferentes colores. Entre su gran variedad, los hay que emiten luz ultravioleta. Tanto el tipo de luz y color determinado vienen condicionados por la composición química de los materiales semiconductores que han usado en su fabricación. En cualquier caso, la frecuencia de emisión de la luz y color de un determinado LED depende de la composición química de los materiales semiconductores utilizados en la fabricación del chip, tal y como se muestra en la siguiente imagen:
Resistencia eléctrica: La resistencia eléctrica es la oposición o dificultad que opone un material al paso de la corriente eléctrica. Todos los componentes (que no sean perfectamente conductores) presentan una resistencia eléctrica. Entre ese gran número, existen unos que se construyen exclusivamente para que dificulten el paso de la corriente eléctrica y se denominan resistencias eléctricas. Su símbolo eléctrico es el siguiente:
Físicamente, presentan dos patillas, y se reconoce su valor (en ) por sus cuatro franjas de colores, siendo la 3º el multiplicador y la 4º la tolerancia de la resistencia Susana Oubiña Falcón
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Tabla de colores para el cálculo de la R
Muestra de diferentes R
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Zumbador: Un zumbador es un componente eléctrico que produce un sonido o zumbido continuo o intermitente. Generalmente el sonido es agudo, de ahí que se utilicen como mecanismo de aviso o señalización de un suceso. Sus símbolos eléctricos son los siguientes:
Físicamente, presentan dos terminales (cables) de color negro y rojo. El negro se conectará a tierra y el rojo al pin respectivo e la placa.
Zumbador
Un ejemplo de un montaje del mismo sin placa arduino, en un circuito en serie con una bombilla, se observa en la siguiente figura:
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El circuito eléctrico de la práctica se muestra en las sucesivas imágenes:
Circuito de prueba
Esquema en la placa protoboard
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Esquema eléctrico
3. Objetos en el entorno S4A En el entorno de programación S4A debemos implementar los siguientes objetos: Un contador y el semáforo (que es el objeto arduino). Contador: Se compone de 17 disfraces que no son más que los números del 1 al 12 (en color rojo) seguidos de los número del 1 al 5 (en color verde). Este contador se visualiza en una posición determinada del semáforo contador. Semáforo (arduino): Representa los dos semáforos: el típico de los 3 LEDs y el semáforo de peatón que muestra el contador así como la imagen del peatón parado o andando. Este objeto tiene 4 disfraces, a saber: Verde, Amarillo, Negro y Rojo. En las siguientes imágenes se muestran los objetos del programa en el escenario:
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Led Verde (S4A)
Led Ámbar (S4A)
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Led Rojo (S4A)
4. Programación en el entorno S4A La práctica consiste en realizar el siguiente bucle “por siempre”: -
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Inicialmente el semáfomo enciende el led VERDE comenzando el contador en 12. Este led se mantiene encendido durante 10 segundos (los peatones podrán pasar). Pasados los 10 segundos, el semáforo enciende de forma alternativa durante 2 segundos el led ÁMBAR. Finalmente, el semáforo enciende el led ROJO a la vez que comienza a sonar (de forma intermitente) el zumbador avisando al peatón que próximamente (pasados 5 segundos) el peatón podrá cruzar. Estas acciones (LED rojo y sonido intermitente del zumbador) se realizan durante 5 segundos (contador con disfraces en verde).
Programa: El programa del contador debe realizarse de forma continua. Por lo tanto, consiste en un bucle por siempre que ejecuta los tiempos en los que está encendido cada led, con su disfraz correspondiente: El LED verde se enciende durante 10 segundos. Por lo tanto, comienza con el disfraz 12 y repite un bucle de intervalo de tiempo 1 segundo durante 11 veces. A continuación se enciende el LED ámbar que es intermitente. Por lo tanto, debe esconderse y mostrarse. A continuación se ejecuta el contador en verde (para el semáforo en rojo) que estará activo durante 5 segundos y por ese Susana Oubiña Falcón
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motivo, al partir de un disfraz 5Verde, requiere de un bucle de repetición de 4 iteraciones.
Programa del objeto Contador (S4A)
En cuanto al programa del objeto Semáforo: -
Cuando el led encendido es el verde: Pin 10 encendido y los otros 2 apagados. Al mismo tiempo, el zumbador no suena (valor 0). - Pasados 10 segundos se enciende el led amarillo y, por lo tanto: Pin 11 encendido y los otros apagados. El zumbador sigue valiendo 0. Cuando el LED amarillo está encendido, debe haber un parpadeo intermitente en 2 segundos (por lo que hacemos un bucle que se repite dos veces y que, en ese bucle se enciende y se apaga cada 0,5 segundos). -
Finalmente, se enciende el led rojo (pin 13 encendido y los otros apagados). En ese momento, el zumbador comienza a sonar (valor 210)
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de forma intermitente y, por lo tanto, intercambia los valores 210 y 0 cada cierto tiempo (0,625segundos y 0,41666 segundos, simulando la inminente entrada del semáforo en verde)
Programa del objeto semáforo (S4A)
5. Vídeo demostrativo del funcionamiento de la práctica. El vídeo que muestra el funcionamiento del semáforo se visiona en el siguiente link: https://vimeo.com/113306621 El proyecto final del mismo se presentará con la implementación del circuito eléctrico en un semáforo físico construido con madera.
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Semáforo en S4A
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