Kitabı oku: «Internet de las cosas con ESP8266», sayfa 2

Fusible

El fusible es un mecanismo de protección que se implementa dentro del circuito eléctrico para prevenir sobrecargas y, eventualmente, algún componente dañado. Consta de dos contactos en los extremos y un semiconductor fino aislado en un tubo de vidrio o cerámica, dependiendo del tipo, que se derrite y se rompe si existe un exceso de corriente.

La foto de un fusible a la izquierda, junto a dos posibles representaciones gráficas, 1 es normalmente utilizada en aplicativos y la número 2 es la que generalmente podemos encontrar en la bibliografía.

Condensador eléctrico

El condensador es un componente eléctrico pasivo, su función principal es la de almacenar energía. La capacidad de almacenamiento de un condensador se mide en Faradios (F).

Normalmente es utilizado en fuentes de alimentación o baterías para crear filtros y osciladores de todo tipo.

En la imagen anterior podemos ver dos tipos de condensadores diferentes, a la izquierda de la imagen se encuentra el condensador cerámico y a la derecha un condensador electrolítico, este último tiene la particularidad de estar polarizado, por lo que es importante prestar atención a la banda de color para poder identificar como conectarlo.

Transistor

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada.

Existen cuatro tipos de transistores:

1. Transistor de contacto puntual

2. Transistor de unión bipolar

3. Transistor de efecto de campo

4. Fototransistor

Nosotros nos enfocaremos en el 2, transistor de unión bipolar, debido a que es el que se provee con el kit.

Básicamente cumple con dos funciones:

1. Como interruptor, dejar pasar o no señales eléctricas a partir de una señal de control más pequeña.

2. Amplificador de señal.

En otras palabras, dentro de nuestro circuito permite al ESP8266 que opera con voltajes de 3.3 v entregar 5 v al relay para poder activar la bobina.

Diodo

El diodo es un semiconductor de dos terminales (ánodo y cátodo) que ofrece una baja resistencia en una polarización y una alta resistencia en la otra.

Normalmente acompaña a aquellos circuitos que tengan una bobina; en nuestro circuito se utiliza para proteger de sobretensiones al transistor al momento en que se descarga la bobina.

Led

Si vemos la imagen, a la izquierda tenemos la foto de un led y a la derecha su representación gráfica: vemos que la figura de un led, es muy similar a la de un diodo, eso se debe a que led es la abreviación de Light-emitting diode o diodo emisor de luz; son similares a los diodos, pero están diseñados para emitir luz visible o infrarroja, como la que se utilizan en los controles remotos de los televisores.

PCB o Placa de circuito impreso

El PCB es una superficie de material no conductor con la disposición física de cada uno de los componentes descritos anteriormente, los cuales se conectan por medio de pistas de material conductor.

En la imagen anterior se pueden ver dos PCB del dispositivo IoT Relay, a la izquierda la cara inferior donde se ven algunas de las pistas y la otra, la cara superior con la serigrafía de los componentes.

Regulador de voltaje

Existe un gran número de estos dispositivos a la venta hoy en día, algunos están diseñados para tener una salida de voltaje fijo y otros una salida regulable.

El regulador lineal permite bajar el voltaje de la fuente de 5 v a 3.3 v, que es el voltaje recomendado para la operación del ESP8266.

En nuestro caso utilizamos un regulador lineal ld1117, que maneja una corriente de alrededor de 700 ma dependiendo de la entrada.

Fuente para Protoboard

Al desarrollar circuitos en la protoboard puede que la alimentación provista por el puerto USB no sea suficiente o tengamos el requisito de tener dos voltajes (el ESP8266 utiliza 3.3 v); para ello podemos utilizar una fuente para protoboard también conocido como YWRobot, que se trata de una placa con un circuito que se monta sobre los bus de energía de la protoboard. Toma la energía provista por una fuente de alimentación externa, normalmente de 12 v y por medio de dos reguladores de voltaje, uno de 3.3 v y otro de 5 v, permite energizar los bus de alimentación de la protoboard.

Es posible seleccionar el voltaje deseado en cada bus, por medio de jumpers; esto debe realizarse con la fuente para protoboard desconectada debido que al momento de cambiar el jumper de lugar puede crearse un cortocircuito que terminará quemando los reguladores.

Fuente de alimentación

Los circuitos requieren de alimentación para funcionar, que pueda mantener un nivel fijo de voltaje mientras proveen suficiente corriente. Una posible solución son pilas o baterías, pero dependiendo del circuito podrían no ser la solución adecuada. A medida que se avanza con los proyectos se va a requerir una solución más permanente en cuanto a la alimentación: aquí es donde entran en juego las fuentes de alimentación.

La principal función de las fuentes de alimentación es la de convertir corriente alterna (AC) en corriente continua (CC).

Dependiendo del tipo de circuito que utilicen para convertir la corriente, se clasifican en fuentes de alimentación lineales y conmutadas:

• Las fuentes de alimentación lineales son más sencillas, con menor cantidad de componentes y utilizan un regulador de tensión para lograr el valor deseado, que puede ser fijo o regulable.

• Fuentes de alimentación conmutadas; mediante transistores en conmutación.

En la imagen superior vemos la fuente de alimentación elegida, se trata de una fuente conmutada, toma una corriente alterna dentro de un rango de 100 a 240 Vac y la convierte a una corriente continua de 5 v.

Otras fuentes de alimentación

Puede que estemos diseñando un circuito que no esté cerca de la red eléctrica para utilizar alguna fuente de alimentación conmutada, o que sea un proyecto que requiera movilidad; en este caso debemos pensar en otras fuentes de energía que son muy utilizadas: baterías.

Hoy en día existen muchas opciones respecto a los tipos de baterías que podemos elegir para nuestros proyectos, tenemos las clásicas pilas AA, AAA y las baterías de 9 v. Incluso podríamos alimentar el circuito del ESP8266 con una batería tipo botón, CR2032, controlando siempre el consumo.

Una opción más adecuada es utilizar una batería 18650, que tiene mayor potencia y puede ser recargada; el voltaje de operación está dentro de los rangos que opera el ESP8266; son ampliamente usadas en proyectos y suelen ir en conjunto con el módulo TP4056, un pequeño integrado que permite la carga de la batería por medio de USB, mientras que protege la batería regulando la descarga.

En la imagen superior tenemos una batería 18650 cuyo voltaje máximo es 4.2 v y el mínimo es 2.75 v; está montada sobre un soporte impreso, en el anexo se encuentra el enlace al mismo.

Experiencias básicas

Se propone al lector la construcción de tres circuitos para abordar el uso de los componentes básicos. De esta forma, al montar el kit podrá comprender mejor cómo interactúan dentro del circuito.

Para las experiencias se recomienda tener disponible una protoboard o breadboard, además de cables y algunas herramientas sencillas como pueden ser una pinza o un alicate.

Placa de prueba, protoboard o breadboard

Una protoboard nos permite probar circuitos sin la necesidad de soldarlos de manera definitiva, es reutilizable y tiene la ventaja de poder acoplar varias de ellas para tener mayor superficie de trabajo.

Las protoboard tienen láminas de metal protegidas por plástico en una grilla con pequeños orificios, que se encuentran a una distancia regular unos de otros.

Las filas y columnas están organizadas en un esquema para ayudar en la construcción del circuito con componentes electrónicos estándar.

La protoboard se compone de tres secciones importantes:

1. Buses: están pensados para llevar voltaje (power bus) y negativo (ground bus) a lo largo de la protoboard; no existen conexiones entre ellos.

2. Pistas: cada pista o fila tiene conexión entre cada contacto de ella, pero no así con las pistas adyacentes.

3. Canal central: separa las filas de la protoboard, es útil para ubicar circuitos integrados.

Experiencia 1: Uso del botón, resistencia y led

Mediante esta experiencia se aborda el uso del botón, su funcionamiento y cómo conectarlo.

A continuación tenemos dibujado el circuito en Fritzing, una herramienta opensource capaz de dibujar el circuito y con la capacidad de diseñar el PCB, aunque no la recomiendo para esto último. Luego tenemos representado el mismo circuito pero utilizando un dibujo técnico o esquemático:

Para interpretar el esquema anterior debemos tener presente la representación que cada componente tiene, mostrado en la sección Guía de Componentes.

A continuación indicamos qué representación corresponde a cada dibujo en la protoboard:

Debemos tener en cuenta que las líneas en el esquema técnico son conexiones entre componentes, en el dibujo de la derecha pueden ser pistas o cables.

Elementos necesarios

• Led

• Botón

• Resistencia 1 k

Los siguientes elementos necesarios no son provistos en el kit:

• 1 pila AA

• Cables

• Protoboard

• Cinta aislante

• Pinza de punta fina

Pasos a seguir:

1. Conecte el cátodo de led (el extremo más corto) a la banda de color azul de la protoboard y el ánodo (el otro extremo) a alguna de las líneas de la protoboard.

2. Doble las patas de la resistencia de manera que queden paralelas como se muestra en la figura y conecte una de las patas sobre la misma línea de la protoboard y la otra a la línea siguiente del otro extremo.

3. Tome el botón y con las pinzas “aplane” los contactos con mucho cuidado, de manera que pueda introducirlos en la protoboard; en caso de no tener una pinza puede utilizar una superficie plana y una regla para suavemente hacer presión sobre los mismos y dejarlos rectos.

4. Conecte el terminal 1 del botón con una de las patas de la resistencia.

5. Conecte con un cable el terminal 3 del botón con la banda roja de la protoboard.

6. Conecte el extremo de cada cable a un polo de la pila AA y sujete el mismo con un tramo de cinta.

7. En la protoboard conecte el cable cuyo extremo sale del polo positivo de la pila a la banda roja, y el otro cable a la banda azul. De esta forma alimentamos a la protoboard.

Arriba, una foto real de cómo queda armado el circuito.

Al pulsar el botón, se cierra el circuito y el led enciende.

Ley de Ohm

Es importante conocer la ley de Ohm si vamos a trabajar en electrónica, ya que establece la relación entre corriente, voltaje y resistencia; se expresa con la siguiente ecuación:

V=I*R

V es voltaje en voltios, I es corriente en ampers y R es resistencia en ohms.

¿Porque es necesaria conocerla? Entre los tantos usos que tiene, la ley de Ohm nos permite calcular, por medio de la relación que existe entre sus componentes, cuál es el valor de la resistencia necesaria para utilizar junto con un diodo led para que este no se queme.

Supongamos que tenemos construir dos circuitos que consisten en alimentar un led, en uno de ellos vamos a alimentar el circuito con 3,3 v y en el otro con 5 v: ¿cómo calculamos el valor de la resistencia que debemos utilizar? En primer lugar, podríamos usar un valor alto para asegurarnos que no se va a quemar el led, pero el brillo que este otorga no va a ser el óptimo; para ello hacemos el siguiente cálculo:

La ecuación nos pide que utilicemos ampers como unidad de medida para la corriente, por ello hacemos la conversión de mA a A:

20 mA = 0,02 A

Como conclusión, para el primer circuito que alimentaremos con 3,3 v necesitamos una resistencia de 75 Ω mientras que para el segundo una de 160 Ω.

Experiencia 2: Control del fusible

Sabemos que un fusible es un mecanismo de seguridad para proteger los circuitos de excesos de corriente, haremos una sencilla experiencia para comprobar el funcionamiento del fusible (sin quemarlo, por supuesto).

Podemos ver que el circuito es casi idéntico al de la experiencia 1, por lo que no entraremos en detalle sobre cada uno de los pasos, solo debemos conectar uno de los contactos del fusible a la pila y el otro a la pista donde está la resistencia.

Si todo está correctamente conectado, el led debe encender.