Plataforma de experimentación para prototipado de diseños mediante Arduino

199 Pages·2012·3.98 MB·Spanish

by  Santiago Reig Chiva

TRABAJO FIN DE ESTUDIOS
P F C
ROYECTO IN DE ARRERA
Plataforma de experimentación para prototipado de
diseños mediante Arduino
Santiago Reig Chiva
Tutor: Carlos Alberto Rodríguez González
Curso 2011-2012
Plataforma de experimentación para prototipado de diseños mediante
Arduino, trabajo fin de estudios
de Santiago Reig Chiva, dirigido por Carlos Alberto Rodríguez González (publicado por la
Universidad de La Rioja), se difunde bajo una Licencia
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“P
LATAFORMA DE EXPERIMENTACIÓN PARA
A ”
PROTOTIPADO DE DISEÑOS MEDIANTE RDUINO

Peticionario: Universidad de La Rioja
Área de proyectos de ingeniería

Informante: Santiago Reig Chiva
Alumno de I.T.I. Electrónica Industrial
Universidad de La Rioja

Director: Carlos Alberto Rodríguez González
Departamento de Ingeniería Eléctrica

Lugar y fecha: Logroño, 20 de julio de 2012
Plataforma de experimentación para prototipado de diseños mediante Arduino

Santiago Reig Chiva Índice
Í ndice

Memoria ............................................................................................. 3
Anexos .............................................................................................. 85
Pliego de condiciones ............................................................... 166
Planos ............................................................................................ 183
Presupuesto ................................................................................. 185
Bibliografía .................................................................................. 195

Página 2
M
EMORIA

D N 1
OCUMENTO º
Plataforma de experimentación para prototipado de diseños mediante Arduino

Santiago Reig Chiva Memoria
Í ndice de la memoria
1. Antecedentes ............................................................................................ 13
2. Objetivo del proyecto ............................................................................... 14
3. Definiciones .............................................................................................. 17
4. Introducción ............................................................................................. 19
4.1. El polímetro .............................................................................................. 19
4.2. Osciloscopio .............................................................................................. 20
4.3. Analizador lógico ...................................................................................... 21
4.4. Actualidad ................................................................................................. 22
5. Estudios previos al diseño ........................................................................ 23
5.1. Estudio de ArduLab ................................................................................... 23
5.2. Estudio de Bus Pirate ................................................................................ 25
5.3. Estudio de Little Wire ............................................................................... 28
6. Análisis de soluciones ............................................................................... 30
6.1. Comparativa de soluciones para la placa de interfaz ............................... 31
6.1.1. Análisis de la plataforma Atmel AVR ................................................. 32
6.1.1.1. Análisis de Arduino ...................................................................... 32
6.1.2. Análisis de la plataforma Microchip PIC ............................................ 33
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Plataforma de experimentación para prototipado de diseños mediante Arduino

Santiago Reig Chiva Memoria
6.1.2.1. Análisis de Pingüino ..................................................................... 33
6.1.2.2. Análisis chipKIT ............................................................................ 34
6.1.3. Análisis de la plataforma ARM .......................................................... 35
6.1.3.1. Análisis de ST Micro ..................................................................... 36
6.1.3.2. Análisis de NXP ............................................................................ 37
6.1.4. Análisis de la plataforma de Texas Instruments MSP430 ................. 38
6.1.4.1. Análisis de Launchpad ................................................................. 38
6.2. Comparativa de soluciones para el medio de comunicación ................... 40
6.2.1. Análisis del puerto paralelo ............................................................... 40
6.2.2. Análisis del puerto serie .................................................................... 41
6.2.3. Análisis del USB ................................................................................. 42
6.2.4. Análisis del Bluetooth ........................................................................ 42
6.2.5. Análisis del XBee ................................................................................ 43
6.2.6. Otras soluciones ................................................................................ 44
6.3. Comparativa de soluciones para el protocolo de comunicaciones .......... 45
6.3.1. Análisis de Firmata ............................................................................ 45
6.3.2. Análisis del protocolo de ArduLab .................................................... 47
6.3.3. Análisis para la creación de un protocolo propio ............................. 47
6.4. Comparativa de soluciones para el lenguaje de programación ............... 48
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Santiago Reig Chiva Memoria
6.4.1. Análisis de Java .................................................................................. 48
6.4.2. Análisis de Qt ..................................................................................... 49
6.4.3. Análisis de Python ............................................................................. 50
7. Descripción de la solución adoptada ........................................................ 52
7.1. Descripción de la placa de interfaz adoptada .......................................... 52
7.2. Descripción del medio de comunicación adoptado ................................. 52
7.3. Descripción del protocolo de comunicación adoptado ........................... 53
7.4. Descripción del lenguaje adoptado .......................................................... 53
8. Desarrollo ................................................................................................. 55
8.1. Diseño general .......................................................................................... 55
8.2. Análisis del protocolo Firmata .................................................................. 56
8.2.1. Introducción ...................................................................................... 56
8.2.2. Descripción del protocolo ................................................................. 57
8.2.2.1. Mensajes ...................................................................................... 57
8.2.3. Descripción de la comunicación ........................................................ 58
8.2.4. Mejoras en la implementación del protocolo ................................... 60
8.2.5. Descripción de la capa física.............................................................. 61
8.2.6. Descripción de los conectores........................................................... 61
8.2.7. Descripción del cableado .................................................................. 63
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Santiago Reig Chiva Memoria
8.2.8. Distancias y terminaciones ................................................................ 63
8.3. Análisis de la aplicación software ............................................................. 64
8.3.1. Introducción ...................................................................................... 64
8.3.2. Entorno de trabajo utilizado para el desarrollo ................................ 66
8.3.3. Descripción del código fuente ........................................................... 67
8.3.3.1. Inicialización de los módulos ....................................................... 67
8.3.3.2. Selección del puerto serie ........................................................... 69
8.3.3.3. Programación del Arduino ........................................................... 70
8.3.3.4. Comunicación con Firmata .......................................................... 71
8.4. Análisis de la placa de interfaz ................................................................. 74
8.4.1. Introducción ...................................................................................... 74
8.4.2. Características principales ................................................................. 76
8.4.3. Formas de alimentación eléctrica ..................................................... 77
8.4.4. Análisis de la memoria ...................................................................... 78
8.4.5. Análisis de las entradas y salidas ....................................................... 78
8.4.6. Análisis de la Interfaz USB-Serie ........................................................ 79
8.4.6.1. Chip FTDI ...................................................................................... 80
8.4.6.2. Chip Atmel ................................................................................... 80
8.4.6.3. Sin chip ......................................................................................... 81
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Santiago Reig Chiva Memoria
8.4.7. Análisis de los métodos de programación ........................................ 82
8.4.8. Análisis del entorno de trabajo ......................................................... 82

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