Arquitectura de Hardware
Universidad abierta para adultos (UAPA).
Bienvenidos a esta semana de trabajo en la asignaturaArquitectura de Hardware, en la que se realizarán las siguientes actividades:
Luego de explorar, leer los conceptos, características de los sistemas micro computarizados y Arduino, elabore un cuadro descriptivo.
| Elementos | Tipos/modelos | Descripción |
| Micro- procesador | Celeron | Los microprocesadores Celeron son la gama baja de Intel. Estos son los más económicos. Permiten a esta empresa ganarse un mercado, ampliar sus compradores. Comparados con potentes procesadores actuales, parece que gozan de poca potencia. |
| Corre 2 Duo | Se trata de procesadores que tienen más de un simple núcleo. En tiempos recientes, aparecen versiones que hasta cuentan con 6 y hasta 8 núcleos. Ideales para el multitasking. Cuando se les agrega una tarjeta gráfica potente, logran ser de gran potencia y se usan para la minería de monedas virtuales en la red. | |
| Pentium | Estos son los procesadores de un solo núcleo con los cuales empieza a darse a conocer. La última versión es el Pentium 4. Son sencillos, aunque en su época llegan a causar un verdadero furor. Muy bueno equipos, tienen la ventaja de que se recalientan poco. No obstante, han quedado obsoletos pues ahora se usan computadoras con más de un núcleo. | |
| Centrino y Pentium M | Son procesadores pequeños y de poco calentamiento. Se usan para laptops. Muy versátiles. No obstante, se ha logrado colocar microprocesadores de varios núcleos en portátiles. Esto deja a estos computadores a la zaga, aunque son de mucha demanda. | |
| Durón | Es la versión de bajo coste de AMD. Es equivalente a los Celeron de Intel. Hay que decir que son bastante económicos, lo cual compensa los costes del Athlon. Por eso, dieron buena competencia a la gama baja de Intel. | |
| Athlon | Son los más sencillos, equivalente a un Pentium. No son de bajo coste. Uno de los problemas con AMD es que suele ser un tanto más costoso que los procesadores de Intel. Sin embargo, hay una buena cantidad de adeptos a estos procesadores. | |
| A Thlon 64 Bits | Este es diseñado para trabajar con Windows de 64 bits. Un procesador muy útil. No se puede negar que catapulta a AMD entre los buenos estándares de rendimiento. En buena medida, su aceptación obedece a que hace estupendas labores gráficas. Hay que tener en cuenta que en tiempos recientes el uso de video es muy solicitado por los usuarios. | |
| Sempron y Turión | Son los procesadores para máquinas portátiles. Su problema es que estos se calientan bastante. En este segmento, parece que Intel lleva cierta delantera. Estos son los principales procesadores que fabrican tanto AMD como Intel. En épocas recientes, han aparecido muchos otros. Por ejemplo, está en Phenom de AMD. Ahora bien, se puede considerar como una variedad de procesador de muchos núcleos. | |
| Micro-controlador | Microcontrolador AVR | AVR también conocido como Advanced Virtual RISC, es una arquitectura Harvard personalizada de 8 bit RISC microcontrolador de chip solitario. Fue inventado en el año 1966 por Atmel. La arquitectura de Harvard significa que el programa & amp; los datos se acumulan en diferentes espacios y estos se usan simultáneamente. Fue una de las principales familias de microcontroladores que empleó memoria flash en el chip básicamente para almacenar programas. |
| Microcontrolador ARM | Este microprocesador de base ARM no tiene memoria flash incorporada. ARM está especialmente diseñado para dispositivos con microcontroladores, es fácil de entrenar y usar, sin embargo, lo suficientemente potente como para los dispositivos integrados más desafiantes. | |
| Microcontrolador PIC | Estos dispositivos han sido extremadamente exitosos en microcontroladores de 8 bits. La principal causa detrás de esto es que la tecnología de microchips ha estado actualizando constantemente la arquitectura de los dispositivos e incluye muchos periféricos necesarios para el microcontrolador para satisfacer las necesidades de la clientela. Estos microcontroladores PIC son muy populares entre aficionados e industriales, esto es solo causa de amplia disponibilidad, bajo costo, gran base de usuarios y amp; capacidad de programación en serie. | |
| Tipos de Plataformas de desarrollo electrónicas (plataforma de creación de electrónica) | Arduino | El Arduino es una plataforma electrónica de hardware y software abierto. Últimamente su popularidad ha aumentado tanto entre los principiantes como con los expertos. Al ser open hardware han surgido copias mucho baratas y que permiten las mismas posibilidades que el original. En Arduino puedes conectar sensores y otros componentes. Su estándar en voltaje suele ser de 5V o 3.3V, cantidades con los que la mayoría de los equipos funcionan. |
| Beagleboard | Este es otro proyecto open hardware. Las Beagloboard, también están en la definición de minicomputadora, siendo esta la edición Black la más conocida. Esta versión cuenta con un conector microHDMI, pero es común usar una terminal como Putty y programarla solo usando la consola. | |
| NodeMCU | NodeMCU está siendo usado ante todo en proyectos de IoT (Internet of Things Internet de las Cosas) debido a que usa los ESP8266, dichos chips integran WiFi. Con el NodeMCU puedes crear una red o unirte a una ya existente. Entre sus posibilidades está la de conectarse a internet. Considera que esto lo hace sin depender de un Shield. | |
| Raspberry Pi | Hasta este punto con la Raspberry 4 ya ha alcanzado el título de minicomputadora. Para usarla debes contar con una tarjeta SD, de al menos 8 GB, para instalar el sistema operativo llamado Raspberry Pi OS (antes llamado Raspbian). La Raspberry incluye puertos HDMI para la salida de audio y video. Por lo que la puedes usar como centro multimedia si les instaladas Sistemas Operativos especializados como Openelec o Kodi. | |
| STM | Estas tarjetas están basadas en el STM32, un microcontrolador ARM de 32 bits. Aunque a primera vista algunos modelos se confunden con un Arduino la diferencia en procesamiento es notable. | |
| Arduino | Arduino DUE | Arduino basado en un microcontrolador de 32 Bits, Tiene 54 entradas/salidas digitales y 12 entradas analógicas, 2 buses TWI, SPI y 4 UARTs. Funcionan todos los módulos basados en 3.3V, no soporta 5V ya que puede dañar la placa. Posee adicionalmente interno dos puerto USB para poder controlar periféricos. |
| Arduino Leonardo | Arduino básico, Con características similaresa la arduino, sin embargo, tiene 12 entradas analógicas y 20 entrada salidas digitales. A diferencias del resto de arduinos con el microcontrolador ATmega32u4 en que no posee un controlador adicional para controlar el USB. Además, tiene más pines de interrupciones externas. Tiene comunicación TWI, SPI y dos UART. | |
| Arduino UNO | Arduino UNO de gama básica, todas las shields están diseñadas para usarse sobre esta placa. Cuenta 14 pines entrada/salida digitales de las cuales 6 se pueden usar como PWM, además cuenta con 6 entradas analógicas, además cuenta con I2C, SPI, además de un módulo UART. | |
| Arduino Mega 2560 | Arduino basado en un microcontrolador ATmega2560. Tiene 54 entradas/salidas digitales, 16 de ellos pueden usarse como PWM, 16 entradas analógicas y 4 UART además dos modos PWI y uno SPI. Tiene 6 interrupciones externas. Y es compatible con todos los shields de arduino. | |
| Arduino Mega ADK | Exactamente igual que el Mega 2560 pero con la diferencia de que en este caso se tiene la posibilidad de USB Host, poco utíl en este proyecto. | |
| Arduino Nano | Arduino basado en un microcontrolador ATmega328. Es semejante en cuanto a características al arduino uno. Las diferencias son tanto el tamaño como la forma de conectarlo al ordenador para programarlo. Es compatible con la mayoría de shield, aunque de la misma forma que el Arduino Micro. | |
| Arduino Micro | Es cumplidamente similar al Leonardo, la única diferencia es el tamaño con el que fue construido. Es compatible con las Shields de arduino, sin embargo, se debe instalar de forma externa, es decir, cableándolo, aunque en el caso de que se construya nuestra propia shield no es ningún problema. | |
| Arduino YUN | El Arduino YUN se trata de un conjunto que trabaja por separado de forma complementaria, por un lado, se tiene la versatilidad de un arduino normal. En este caso un ATmega 32u48 a 16 Mhz, y por otro lado de un dispositivo con microprocesador Atheros AR9331. El cual funciona con Lilino (Linux basado en OperWrt (OperWrt-Yun)) a 400 Mhz. Las características del arduino son similares a la placa Leonardo. Tiene Ethernet, slot SD y WiFi incluidos, controlados por Lilino. Es compatible con todas las Shields y es capaz de trabajar por separado. | |
| Arduino FIO | Arduino basado en un microcontrolador ATmega328p. Trabaja a 8 Mhz y 3.3V tiene 14 pines de entrada/salida digitales (6 PWM), 8 pines de entrada analógicas e integra tanto un conector para la batería y su correspondiente módulo de carga, como un slot para poder instalar un módulo de comunicaciones xBee. Tiene UART TTL e interrupciones lo que nos permite también ponerlo en modo Sleep, permite también poner el XBEE en modo Sleep, reduciendo el consumo total. Además, posee tanto TWI (I2C) como SPI. Unas ventajas importantes de este dispositivo son el bajo consumo en Sleep y el poder programarlo mediante XBEE, sin necesidad conectarlo físicamente al ordenador. | |
| Sensores | Sensor de humedad | Se trata de un sensor analógico encargado de leer la humedad relativa en el suelo. Se utiliza en sistemas de control de riego en cultivos y granjas. Se instala dentro de la tierra y es capaz de medir la humedad a través de la conductividad de sus terminales. Cuanto mayor sea la humedad medida, mayor será la corriente que registra el sensor. |
| BMP180 Barómetro | Este sensor se encarga de medir la presión del aire. Se utiliza en estaciones meteorológicas o proyectos similares. Es posible obtener también el dato de temperatura y la altitud respecto al mar, aunque este último no es muy preciso. | |
| DHT11 / DHT22 | El sensor DHT11 y DHT22 puede medir temperatura ambiental y también humedad. La única diferencia entre los dos modelos es el rango de medidas que soportan y la precisión de los datos medidos. El sensor DHT22, típicamente de color blanco es capaz de medir rangos de humedad desde 0-100% con una precisión del 2%. El sensor DHT11 (típicamente de color azul) solo es capaz de medir valores de humedad de entre el 20-90% con una precisión de entorno al 5%. | |
| DS18B20 | El sensor DS18B20, al igual que el sensor anterior es capaz de medir la temperatura ambiente. La diferencia que existe con el sensor DHT11/22 es que este es capaz de medir únicamente temperatura y es resistente a las inclemencias del tiempo. Por lo tanto, su uso está recomendado para medir la temperatura en entornos exteriores. | |
| Sensores para Arduino | Sensores de Polvo y partículas de aire | Al respirar inhalamos los gases, vapores y partículas que hay en suspensión en el aire. La exposición a estas partículas o “polvo” puede causar efectos graves sobre la salud. Un sensor de partículas de aire es básicamente un detector de polvo que podremos utilizar por ejemplo en alguna industria o línea de producción donde necesitemos que no haya partículas en suspensión. |
| Sensor de Flujo | El sensor de flujo de agua, también llamado flujómetro, podemos utilizarlo en muchos proyectos con Arduino donde tengamos que mover líquidos y también necesitemos medir el caudal que está pasando por nuestro sistema. | |
| Sensor Ultrasónico HC SR04 para medir distancias | Estos son muy usados en proyectos de robótica debido a su relativa simplicidad, suficiente precisión y bajo coste. Pueden utilizarse como medio para esquivar obstáculos, medir objetos, simular mapas de habitaciones y señalar la aproximación o alejamiento de objetos. | |
| Sensores de distancia infrarrojos | Muchas veces en nuestros proyectos con Arduino requerimos medir distancias, ya sea para saber si un robot tiene un objeto delante al cual debe esquivar o solo para saber qué tan lleno está un tanque de agua. Para lograr este objetivo usamos sensores de distancia. | |
| Sensores de lluvia | Estos sensores se denominan a menudo de forma diferente: de lluvia, de agua, de nieve, pluviómetro, etc. Estos detectan la presencia de lluvia por la variación de conductividad del sensor al entrar en contacto con el agua. | |
| Sensor de temperatura | Estos se utilizan para medir la temperatura ambiental. | |
| Potenciómetro | Enviar datos de posición de rotación a Arduino. | |
| Actuadores | Neumáticos | Son aquellos capaces de transformar la energía proveniente u ocasionada por el aire, en movimiento, es decir, que convierten la energía eólica en energía mecánica. Ciertamente el rango de presión de estos es mucho mejor, ya que el aire a presión puede generar una velocidad mayor, el mayor de los ejemplos se ve representado en los cilindros neumáticos. Estos se distinguen a su vez, en cilindro simple y cilindro doble, el simple consiste en un cilindro con una sola entrada y salida, la primera recibe la corriente de aire y la transforma en movimiento. |
| Hidráulicos | Denominados así, porque para la realización de sus movimientos, requieren de una fuerza que deviene de un líquido, el cual, ejerce una presión sobre el mismo, a fin de movilizarlo, el más común de todos es el aceite. Son uno de los actuadores más comunes y antiguos, tanto así, que su uso se ha destinado en máquinas pesadas que manejen grandes presiones, de aquí que dichos actuadores impriman una gran velocidad y resistencia a la maquinaria, es por ello, que dada su constante actividad a meritan de un mantenimiento continuo. | |
| Eléctricos | Son los empleados exclusivamente en máquinas mecatrónicas, es decir, en aquellas que combinan distintas fuentes de energía, teniendo en cuenta que las mismas pueden convertir el movimiento en energía electrónica o viceversa. Efectivamente estos son aquellos capaces de ser movilizados por energías eléctricas, para su empleo se requiere el uso de controladores, que son los encargados de nivelar los pases de energía de un circuito a otro, con la finalidad de poder entablar una mayor cantidad posible de funciones y de trabajos. | |
| Actuadores para Arduino | Relé | Los dispositivos electrónicos como Arduino o Raspberry Pi funcionan con un voltaje de entre 3.3V a 5V. Estos voltajes son insuficientes para aquellos proyectos que requieran de un voltaje superior como puede ser encender una lámpara de casa que funciona a 220V. Para ello se utilizan dispositivos relés que funcionan como un interruptor electrónico que activa y desactiva la circulación de corriente. |
| Automáticos | Estos pertenecen a una gamma especial de actuadores, que permiten el traslado y la conversión de la energía, por medio de una serie de movimientos e intercambio de fuerzas, pudiendo hallarse presente los otros tipos de actuadores. | |
| Pantalla de 7 segmentos | Las pantallas de 7 segmentos se usan a menudo para que este muestre números y, como su nombre indica, tienen siete segmentos luminosos, que pueden ser tratados individualmente. Se utiliza un controlador MAX7219 para su uso. Además de las habituales pantallas de 7 segmentos, también hay modelos, que contienen 15 segmentos controlables con las que es posible mostrar letras. | |
| Válvula magnética | Esta válvula se utiliza solenoide para operar sobre el flujo de líquidos o gases. Una especie de «interruptor» que se puede instalar entre dos tubos o mangueras. Idealmente, se utilizan válvulas magnéticas, que funcionan con 12 voltios. Todo lo que se necesita es una fuente de alimentación externa y un relé que active el solenoide. Puede utilizar dichas válvulas, por ejemplo, en zonas exteriores como sistema de riego automático o también en proyectos más pequeños como cafeteras inteligentes, etc. |