Unidad 2 - Arduino
1. ¿Qué es un led?
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Un LED (light-emitting diode) es un diodo emisor de luz. La corriente solo puede circular en un sentido, respetando la polaridad del led, que se ve en la siguiente imagen:
Cuando el led es nuevo, el ánodo se caracteriza por ser más largo que la otra terminal y la cápsula puede tener un borde recto del lado del cátodo, como se observa en la imagen anterior. Otras formas de identificar las terminales son utilizando un téster o multímetro, o bien conectándolo a una pila pequeña para no dañarlo.
En un inicio, esta tecnología —que es la misma que se utiliza en el control remoto de los distintos dispositivos electrónicos— emitía luz infrarroja. Con la incorporación de más posibilidades de color, sus aplicaciones se expandieron a la iluminación de los hogares, las pantallas digitales, etc., reduciendo costos y consumos e incrementando su vida útil.
En el mercado encontrarás principalmente leds pequeños (de intensidad baja, media y alta), de alta potencia (por ejemplo, los que se usan en la óptica de vehículos) y accionados por corriente alterna (la de los hogares).
En este curso se utilizarán leds pequeños de intensidad intermedia y alta, como los que se observan en las imágenes anteriores.
Por otro lado, en función de sus aplicaciones, se desarrollaron algunas variantes como los leds RGB, que permiten controlar la intensidad del rojo, el verde y el azul. Forman así todos los colores del espectro RGB: contienen un led rojo, uno verde y uno azul, y leds intermitentes que incorporan un circuito para poder parpadear por sí mismos.
2. ¿Cómo encender un led?
En principio basta una fuente para encender un led. Sin embargo, es recomendable utilizar siempre una resistencia que reduzca la corriente y, por ende, proteja el led, que no puede controlar la corriente que circula por él.
En electrónica, una resistencia es un conductor que se opone al paso de la corriente y cuya capacidad se mide en ohmios (Ω). Al ser un conductor, es indistinto qué terminal se conecta al positivo de la fuente y cuál al negativo. En los hogares, se pueden encontrar resistencias en las planchas y estufas eléctricas, que las utilizan para generar calor.
Para calcular el valor de resistencia que debe utilizarse hay que aplicar la ley de Ohm, es decir, dividir el voltaje (medido en voltios) por la corriente (medida en amperios) que se consume.
Para calcular el voltaje se debe tomar el de la fuente y restarle el que consume el led. Mientras que el valor de amperaje es el que consume el led. Como valores de referencia, un led verde o amarillo pequeño suele consumir 1.6 V (voltios) y 5 mA (miliamperios), y uno rojo 1.2 V y 5 mA o 20 mA. Mientras que uno azul o blanco de alta luminosidad pequeño consume 3.7 V y 20 mA.
En general, trabajando con fuentes de 5 V y conectando un solo led, se acostumbra utilizar una resistencia de entre 68 Ω y 680 Ω. Y con una fuente de 12 V, una de entre 470 Ω y 2 kΩ.
Dado que en numerosas ocasiones el valor calculado de resistencia no es comercial (es decir, de una resistencia que se pueda comprar) y conocer el consumo exacto de un led no es sencillo, te recomendamos comenzar por los valores más altos e ir bajándolos.
En la tabla que sigue se muestran los valores de resistores que se consiguen comercialmente:
Si el valor de resistencia es muy alto, no pasará la corriente necesaria para encender el led. Mientras que si es muy bajo, este se podrá dañar, como se ve en las siguientes simulaciones en Tinkercad para resistencias de 180 Ω, 1 kΩ y 10 kΩ y fuentes de 4.5 V y 9 V.
En el siguiente sitio web se puede conocer el valor de la resistencia que se posea indicando su color: Códigos de color de las resistencias
En el siguiente sitio podrás decodificar información para las resistencias con conductores axiales en una banda de colores: Calculadora de código de colores de resistencias de 4 bandas
Por otro lado, si deseás profundizar, en Calculadora de resistencia serie LED podrás consultar qué valor de resistencia necesitarás ingresando el voltaje de la fuente, el voltaje que consume el led y la corriente que querés hacer circular.
3. ¿Cómo controlar el led con Arduino?
En el siguiente video podrás ver cómo conectar un led a la placa Arduino y controlar su apagado y encendido.
Ahora podrás controlar la intensidad con la que se prende y apaga dicho led utilizando los pines analógicos o los digitales que soportan PWM (y se identifican con este símbolo ~). En estos casos se utiliza la función analogWrite(pin, valor), donde primero se indica el pin a utilizar y luego un valor entre 0 y 255. Si se usa 0, el led estará apagado. Si es 255, estará encendido al máximo, y con valores intermedios su brillo se irá reduciendo.
4. Desafío 2: prender y apagar leds
En este desafío te proponemos conectar al menos dos leds a una placa Arduino y controlar su encendido y apagado. Es decir que se enciendan y apaguen utilizando un pin digital o que se modifique su intensidad usando PWM o pines analógicos.
5. ¿Uno o varios?
Es posible controlar varios leds a partir de un mismo pin de Arduino; es decir, que todo esos leds se comporten de la misma manera.
Para hacerlo podés conectarlos entre sí de dos formas distintas: en serie o en paralelo. En serie, se conectará el ánodo de un led con el cátodo del siguiente, por lo que quedará un ánodo en un extremo y un cátodo en el otro. Al cátodo se conecta el negativo de la fuente y al ánodo, el positivo, utilizando una resistencia. Para aplicar la ley de Ohm en este conexionado, se calcula el voltaje consumido sumando el voltaje que consume cada led por separado y el gasto de corriente de un led.
Figura 29. Serie.
En cambio, en la conexión en paralelo, se conectan todos los ánodos y todos los cátodos juntos. Por lo que, para aplicar la ley de Ohm, se considera el consumo en voltios de un led y se suman los consumos de corriente de todos (amperios).
Sin embargo, esto provoca que el voltaje y la corriente entregados por los pines de Arduino no sean suficientes para encender los leds, lo que se soluciona utilizando un transistor de tipo NPN o PNP y una fuente externa (batería de 9 V, cargador de 12 V, etc.).
Un transistor es un semiconductor con varias aplicaciones y tres terminales: colector (C), base (B) y emisor (E). Cuando la base recibe una señal alta (en el caso de los NPN) o baja (PNP), conecta el colector con el emisor y permite la circulación de corriente (es este caso, los leds se encienden).
Figura 31. Transistor.
Para conocer cuáles son el emisor, el colector y la base, se debe buscar la hoja de datos del componente ingresando en el buscador «modelo del transistor + datasheet». Aparecerá un PDF donde, mediante un dibujo, el fabricante lo especificará.
En el siguiente ejemplo se puede ver el funcionamiento de 4 leds en serie que utilizan un transistor NPN y una batería de 9 V.
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