Un potenciómetro es un componente electrónico muy utilizado en Arduino y es conveniente saber cómo se utiliza. En el mundo de Arduino, los potenciómetros son dispositivos muy utilizados para controlar distintos aspectos de nuestros proyectos. Un potenciómetro es un componente electrónico que tiene una resistencia variable que podemos regular manualmente mediante un eje giratorio. Mapear un potenciómetro en proyectos de Arduino nos permite ajustar y controlar valores como el brillo de una luz, la posición de un servo o la velocidad de un motor. Es importante entender cómo mapear correctamente un potenciómetro en Arduino para obtener resultados más precisos y controlar nuestros proyectos de manera efectiva.
¿Qué es un Potenciómetro?
Un potenciómetro es un componente electrónico pasivo con una resistencia variable. Es una resistencia variable que se utiliza mecánicamente para medir la diferencia de potencial eléctrico entre dos terminales eléctricos. La diferencia de potencial es lo que comúnmente se conoce como voltaje. El potenciómetro es un dispositivo que limita el paso de la corriente eléctrica, provocando una caída de tensión. El hecho de que la tensión pueda variar permite controlar diferentes dispositivos, ya que el funcionamiento de los dispositivos puede ser regulado por la cantidad de tensión dada por el potenciómetro. El potenciómetro sirve para limitar el paso de la corriente eléctrica, por lo tanto, se refiere a la corriente, causando una caída de tensión. El valor de la corriente y de la tensión para el potenciómetro sólo se puede variar después de modificar el valor de su resistencia. Ten en cuenta que si se tratara de una resistencia fija, el valor de la resistencia siempre sería el mismo.
Partes de un Potenciómetro
Está compuesto por tres terminales: un terminal central y dos terminales externos. Un potenciómetro o resistor variable presenta un contacto móvil que se desplaza a lo largo de una pista resistiva. Los dos terminales extremos (en el esquema superior el nº 1 y 3) están unidos a ambos lados de la pista, por lo que siempre registrarán la resistencia máxima a su paso entre ellos, Rmax. El terminal restante corresponde al contacto móvil (en esquema el nº 2).
- Parte fija: El potenciómetro tiene una parte fija que se encarga de establecer una resistencia eléctrica.
- Parte móvil: Esta parte está en contacto con la parte fija. Cuando se mueve hace variar la resistencia eléctrica introducida en los terminales del potenciómetro.
¿Cómo Funciona el Potenciómetro?
Un potenciómetro tiene una operación simple. Consiste básicamente en una resistencia variable, que cambia su valor a medida que aumenta la corriente. Esta resistencia tiene tres terminales a los que se conecta la tensión a medir. Uno en cada extremo y una tercera conexión a un deslizador. Este control nos permitirá aumentar o disminuir la resistencia. El valor entre las conexiones se puede variar girando la parte móvil del potenciómetro. Al variar la resistencia, la diferencia de potencial entre los terminales varía. Por lo tanto, el valor de la tensión viene determinado por la variación de la resistencia. No necesitamos una resistencia de calibrado dado que el propio potenciómetro actúa como divisor de tensión.
Tipos de Potenciómetros
Los potenciómetros son muy utilizados en electrónica debido a su capacidad de proporcionar una resistencia variable. En el mercado podemos encontrar potenciómetros de tipo lineal o rotativo. Los lineales presentan una proporcionalidad entre resistencia y desplazamiento, lo cuál significa un comportamiento más intuitivo. Respecto a la geometría, podemos encontrar potenciómetros de tipo lineal o rotativo. Por último, en cuanto a la relación entre posición y resistencia, encontramos potenciómetros de tipo lineal, parabólico o exponencial. Los lineales presentan una proporcionalidad entre resistencia y desplazamiento, lo cuál significa un comportamiento más intuitivo. Los exponenciales permiten mayor precisión en valores de resistencia bajos, por lo que resultan adecuados cuando hace falta un ajuste fino en un amplio rango.
Lea también: IVA 21% Excel
- De una vuelta: Rotación simple de aproximadamente 270 grados o 3/4 de un giro completo. El más común, utilizado en aplicaciones donde un solo giro proporciona suficiente resolución de control.
- Potenciómetro multi-vuelta: Múltiples rotaciones (mayormente 5, 10 o 20), para mayor precisión. Se construyen con un rascador que sigue una forma de espiral o hélice, o utilizando un engranaje de tornillo sinfín. Utilizado donde se requiere alta precisión y resolución. Los martinetes multi-vuelta de tornillo sinfín se utilizan a menudo como trimpots en la placa de circuito impreso.
- Potenciómetro doble: Dos potenciómetros combinados en el mismo eje, permitiendo el ajuste paralelo de dos canales. Los más comunes son los potenciómetros de una vuelta con igual resistencia y conicidad. Más de dos pandillas son posibles pero no muy comunes. Se utiliza, por ejemplo, en el control de volumen de audio estéreo u otras aplicaciones en las que hay que ajustar 2 canales en paralelo.
- Potenciómetro concéntrico: Donde los dos potenciómetros se ajustan individualmente mediante ejes concéntricos. Permite el uso de dos controles en una unidad. Se encuentra a menudo en las radios de automóviles (más antiguas), donde se combinan los controles de volumen y tono.
- Potenciómetro servo: Un potenciómetro motorizado que también puede ser ajustado automáticamente por un servomotor. Se utiliza cuando se requiere un ajuste manual y automático. Se ve a menudo en los equipos de audio, donde el mando a distancia puede girar la perilla de control de volumen.
Fabricación de Potenciómetros
Existen dos tipos de fabricación de un potenciómetro:
- Impreso: Realizado con pista de carbono o cermet sobre un soporte duro como papel cocido (cartón preformado), fibra de vidrio, baquelita, etc. La pista tiene dos contactos en sus extremos y un cursor conectado a un patín que se desliza sobre la pista resistiva.
- Bobinados: Consiste en un bobinado toroidal de un alambre resistivo (por ejemplo, constantán) con un cursor que mueve un patín sobre él.
Aplicaciones de los Potenciómetros
Los potenciómetros se utilizan para muchos dispositivos eléctricos y electrónicos para establecer el nivel de salida. Se pueden aplicar tanto para realizar una acción de comando, es decir, para modificar cualquier condición, como para una función de ajuste, es decir, detectar cualquier irregularidad y corregirla.
- Reguladores de velocidad en motores: Si ponemos un potenciómetro con un motor en serie aumentando la resistencia del potenciómetro, la velocidad del motor D.C. disminuirá.
- Control de audio: Podemos usar un potenciómetro para controlar el volumen de un estéreo, el volumen de los audífonos, radios o amplificadores. Los potenciómetros logarítmicos se utilizan casi siempre para audio debido a su comportamiento asimétrico si se produce una variación del eje. Son comunes en el volumen de una radio.
- Iluminación: Podemos utilizar un potenciómetro para controlar el nivel de iluminación de un televisor o el brillo de la pantalla de un ordenador.
- Sistemas de control: Son comunes en los sistemas de control si se desea actuar como contador de una variable determinada. Por ejemplo: el nivel de calor en un radiador o para indicar el nivel de gasolina en un coche.
Utilizando el Potenciómetro con Arduino
Una forma de simular la entrada de un sensor analógico y evaluar el funcionamiento de los convertidores Arduino AD es utilizar un potenciómetro. Este componente, a través del cual es posible variar el valor de una resistencia interna a través de un enlace, y por lo tanto la tensión correspondiente en sus extremos, se caracteriza por tres pines. Dos de ellos son respectivamente para la tierra y el voltaje de referencia (por ejemplo, 5 V) y el tercero para la salida a conectar al Arduino.
Entradas Analógicas en Arduino
En la placa Arduino UNO tenemos 6 pines analógicos, desde A0 hasta A5 y su uso común es la lectura de datos de dispositivos analógicos como es el caso del potenciómetro. Internamente, Arduino tiene un conversor analógico-digital que mapea la tensión recibida a un número entero. Los valores van desde 0V igual a 0, hasta 5V igual a 1023. Tienen una resolución de 10 bits lo que implica que tenemos 1024 valores diferentes, es decir, podemos leer un rango de tensiones desde 0V hasta 5V detectando cambios de voltaje de 0.004V (5/1024). Cuando Arduino recibe una entrada analógica lo hace con un voltaje de entre 0 y 5 voltios y este valor es transformado por la propia tarjeta en valores equivalentes entre 0 y 1023 dependiendo del valor recibido. Una primera curiosidad es que no necesitamos declarar en el setup que vamos conectar el potenciometro arduino usar una puerta analógica. Y la segunda es que para tomar una muestra leer del pin A5, usaremos la instrucción: analogRead().
El proceso de lectura de una señal analógica se hace a través de un conversor analógico-digital ADC. Este componente que lleva incorporado el Arduino, nos convierte el nivel de tensión de la entrada en un número digital. Para entender qué es la precisión, vamos a ver cómo funciona un conversor ADC por dentro. Es importante recordar que a mayor precisión y resolución, los componentes se encarecen en la producción. El ruido es una realidad molesta a la hora de utilizar un potenciómetro.
Lea también: Guía IVA reducido
Conexión del Potenciómetro a Arduino
Una vez que ya conocemos los componentes a usar, vamos a ver como conectar el potenciómetro con Arduino a la entrada analógica. El montaje es muy sencillo: el VCC del potenciómetro se conecta a la entrada de 5V de Arduino, el GND se conecta a tierra, y la salida de datos, a la entrada analógica A0. Con esta conexión, estamos conectando una tensión variable entre V a la entrada A0 de nuestro Arduino y que podemos graduar moviendo el potenciómetro. Los primeros son los que utilizaremos normalmente y son los más comunes en los kit de Arduino. Normalmente tienen 3 patillas, según el potenciómetro que utilicemos, deberemos identificar la funcionalidad de cada patilla.
Para la realización y el diseño del circuito, podemos utilizar la herramienta Fritzing que proporciona una amplia biblioteca de componentes y placas, incluyendo Arduino. No necesita instalación (basta con extraer el archivo zip una vez descargado) y su uso es sencillo e inmediato gracias a una «pizarra» virtual (en la que encontramos una protoboard) sobre la que arrastrar y conectar los componentes disponibles en la caja de herramientas lateral.
Código para Leer el Potenciómetro
Ahora vamos a ver el código del programa necesario para leer el valor de esa tensión. Antes de comenzar a escribir el código para mapear el potenciómetro, es necesario instalar y configurar el entorno de desarrollo. Descarga e instala el IDE de Arduino en tu ordenador. Antes de comenzar a utilizar el potenciómetro, es necesario declarar algunas variables y pines en el código. Estos son necesarios para el correcto funcionamiento y manejo del potenciómetro.
En cuanto a la realización del esquema, la función de biblioteca que podemos utilizar es la analogRead(pin) que proporciona el número de pin de entrada del que leer (en nuestro caso el pin 0) y devuelve un valor entre 0 y 1023 en relación con la tensión de referencia que por defecto es precisamente 5V. Con la creación de la variable sensorValue, de tipo entero (integer), leeremos la entrada analógica A0 y guardaremos su valor en dicha variable, que posteriormente vamos a utilizar para visualizarla a través del puerto serie con una pausa entre valores de 1 milisegundo. Para cambiar la tensión de referencia, podemos utilizar la función analogReference(type) cuyo parámetro representa un enumerativo entre cuyos valores también hay EXTERNAL con el que indicamos que queremos utilizar como referencia la tensión «externa» aplicada al pin AREF. Utilizando el valor por defecto de 5V, la resolución con la que se puede apreciar la variación de tensión del potenciómetro es igual a 5/1024 o 4,9 mV. Desarrollando un sketch muy sencillo, podemos adquirir el valor y enviarlo al PC conectado a través del puerto serie (utilizado como herramienta de depuración).
Una vez que has configurado el potenciómetro en el código, puedes utilizar los valores obtenidos para controlar distintos aspectos de tus proyectos Arduino. El código para leer el desplazamiento del potenciómetro es realmente sencillo. Simplemente usamos una entrada analógica para leer el valor de tensión, y lo transformamos en la posición interpolando con la función “map”.
Lea también: ¿Cómo localizar tus XML del SAT?
Mapeo de Valores y Aplicaciones Prácticas
Una vez declaradas las variables y pines necesarios, es hora de configurar el potenciómetro en el código. Para ello, utilizaremos la función analogRead() para leer los valores del potenciómetro y la función map() para mapear estos valores a un rango específico. El efecto que consigue la función map() no es otro sino escalar un valor determinado (val) en un rango concreto y convertirlo en un nuevo valor dentro de un rango diferente. Este cambio de rango suele ser bastante habitual en los programas.
Control de LED
Vamos a añadir 4 LEDs a nuestro circuito. Así según vayamos modificando la posición del potenciómetro iremos encendiendo un LED u otro. Hemos visto que podemos leer 1024 valores diferentes, desde 0 hasta 1023. Ahora, según el potenciómetro esté variando la entrada analógica, podremos encender un LED u otro. Vamos a utilizar la propiedad del potenciómetro de resistencia variable para encender uno u otro LED. Haremos un serie de if para determinar que LED encender y apagar los otros, según el valor que obtengamos en la entrada del pin analógico. Con este código, el LED variará su brillo según la posición del potenciómetro. El objetivo de este reto es montar un led de tal forma que varíe la velocidad de parpadeo en función de cómo utilicemos nuestro potenciómetro. Con la función map() lo que hacemos es partiendo del valor de nuestro potenciómetro, y sabiendo que se puede mover entre los valores 0 y 1023, hacer una regla de tres a los valores que puede recibir un led para que brille «más o menos» y que van desde el 0 al 255. De esta forma cuando el mando del potenciómetro esté a la mitad de su recorrido, por ejemplo, la salida PWM estará proporcionando una señal cuadrada con el mismo tiempo a nivel alto (HIGH) que a nivel bajo (LOW).
Asegúrate de conectar correctamente tanto el potenciómetro como el LED a Arduino. En este reto, manteniendo el mismo montaje, vamos a variar el código para que la intensidad de brillo de nuestro led esté en función de los valores del potenciómetro. Para ello cargaremos el programa de la librería ejemplos desde la ruta Ejemplos>Analag>AnalogInOutSerial. A mayor valor del potenciómetro, mayor será la espera entre el encendido y el apagado, y por lo tanto, más lento el cambio de estado. Para finalizar, un reto algo exigente a estas alturas: montaje de 6 leds para que se vayan encendiendo led a led a media que aumentamos el valor que transmite el potenciómetro.
Control de Servo y Motor DC
Una de las aplicaciones más interesantes, consiste en controlar un servomotor de 180º (OUTPUT) en función de los valores del potenciómetro (INPUT). Conviene atender la función map(); en este caso map(val, 0, 1023, 0, 180) vemos los 5 parámetros que definen el intervalo.
- Control de Servo: Asegúrate de conectar correctamente tanto el potenciómetro como el servo a Arduino. Con este código, el servo variará su posición según la posición del potenciómetro.
- Control de Motor DC: Asegúrate de conectar correctamente tanto el potenciómetro como el motor DC a Arduino. Con este código, podrás controlar la velocidad del motor DC girando el potenciómetro.
Potenciómetros Digitales
Un potenciómetro digital son los que funcionan al simular un potenciómetro analógico, pero con la diferencia de que utiliza un circuito integrado, caracterizado por su mayor precisión. El X9C103 es un potenciómetro digital. La biblioteca X9C10X proporciona varias funciones para controlar potenciómetros digitales X9C103 o similares.
Funcionamiento como Divisor de Voltaje
Un potenciómetro puede funcionar como un divisor de voltaje. El uso de un potenciómetro digital como divisor de voltaje para generar un voltaje de referencia tiene varias aplicaciones en electrónica y sistemas embebidos.
- VH (High Voltage / Voltaje Alto): Esta es la conexión de entrada de voltaje alto. En un potenciómetro, se le llama también terminal de inicio o terminal de alimentación. Conecta la terminal VH (High Voltage) a 5V.
- VL (Low Voltage / Voltaje Bajo): Esta terminal, también conocida como terminal de fin o terminal de tierra, es el punto de referencia para el voltaje más bajo en el rango de voltaje que deseas controlar. Conecta la terminal VL (Low Voltage) a la tierra (0V).
- VW (Wiper / Limpiaparabrisas): Esta terminal, a veces llamada terminal de cursor, es la salida del potenciómetro. El voltaje en este punto cambiará al ajustar la resistencia del potenciómetro, variando entre las tensiones presentes en las terminales VH y VL. Utiliza la terminal VW (Wiper) proporcionará el voltaje de salida. Este voltaje puede variar entre el voltaje de la terminal VH y el voltaje de la terminal VL, dependiendo de la posición del potenciómetro digital.
Posteriormente, establece la posición del potenciómetro a un valor predefinido (49 en este caso) mediante setPosition(), se imprime esta posición y su resistencia correspondiente. Ahora, carga el siguiente código en tu Arduino. Este código recibirá un número flotante a través del puerto serial. Si el número está en el rango de 0.0 a 5.0, se utilizará para ajustar la posición del potenciómetro. Seguidamente, el código realizará una lectura analógica del pin A0.
Aplicaciones Específicas de Potenciómetros Digitales
- Control de Ganancia: En sistemas de audio y amplificadores, el voltaje de referencia puede usarse para controlar la ganancia del sistema.
- Fuente de Voltaje para Sensores: Muchos sensores necesitan un voltaje de referencia estable para operar correctamente.
Es importante recordar que el voltaje de referencia generado por un potenciómetro digital como el X9C103 no está diseñado para conducir cargas pesadas.