Potenciómetro y Arduino. Introducción y ejemplos.

Definición de Potenciómetro

Un potenciómetro 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.

Los primeros potenciómetros y más sencillos son los reóstatos.

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 consta de dos resistencias en serie. El valor de estas resistencias puede ser modificado por el usuario.

¿Para qué sirve un potenciómetro?

Normalmente se utiliza en un campo técnico. 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

• 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.

Tipos de Potenciometros

• 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.

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.

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, para qué se usan

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, que es un 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 los cuales son respectivamente para la tierra y el voltaje de referencia (por ejemplo, 5 V) y el tercero para la salida a conectar al Arduino.

Supongamos que queremos crear un programa sencillo a través del cual podamos leer el valor de tensión del potenciómetro y enviarlo en tiempo real a nuestro PC de desarrollo a través del puerto serie (mediante el cable USB).

Para la realización y el diseño del circuito, podemos utilizar la herramienta Fritzing que proporciona una amplia biblioteca de componentes y placas, incluyendo Arduino. En realidad, el sitio también ofrece un servicio de impresión de PCB (Printed Circuit Board), que es generado por la propia herramienta. 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.

El código para leer el 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.

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). Para ello, podemos utilizar la clase Serial que proporciona el método begin(speed) para la inicialización del puerto con la velocidad en baudios especificada (a realizar en la función setup() del sketch) y el método println(val) para escribir en él (a realizar en el bucle).

int potentiometerPin = 0;
int value = 0;
void setup()
{
Serial.begin(9600); // inizializzazione porta seriale
}
void loop()
{
value = analogRead(potentiometerPin); // leggo valore potenziometro
Serial.println(value); // scrivo il valore sulla seriale come debugging
delay(500);
}

En la siguiente figura podemos observar cómo los valores obtenidos tras la conversión de analógico a digital varían de 0 a 1023 con la variación de la posición del potenciómetro de mínimo (0V) a máximo (5V).