Paolo Aliverti - Electrónica para makers

En el año 2013, durante la primera edición de la Maker Faire europea, la feria de los makers , se contabilizaron 35.000 visitantes; al año siguiente se registraron 90.000. A raíz de este fenómeno, son muchas las personas que actualmente se están acercando a la electrónica. Muchos necesitan crear placas y circuitos para hacer funcionar objetos, dotarlos de interactividad o emitir y transmitir señales. A menudo, sin embargo, estas personas no tienen una formación electrónica, sino que son diseñadores, arquitectos, inventores, innovadores, etc. que no tienen ni idea de cómo funciona un circuito. Simplemente tienen problemas que quieren resolver y buscan la manera de hacerlo. Muchos se encuentran en una situación similar a la del niño que desmonta un televisor y descubre un mundo misterioso e incomprensible. Con Arduino cualquiera puede construir objetos complejos y modulares con pantalla, bluetooth , wifi, GPS, etc. incluso sin saber mucho de lo que se trata. A veces, se necesita conectar algo distinto, aunque sencillo, y surgen los problemas: ¿cómo se conecta un relé? ¿Qué resistencia se necesita para conectar un led?

Este manual es un texto introductorio y simplificado. Muchos de los temas han sido reducidos para facilitar su comprensión e ir directamente al grano. Los argumentos no son sencillos y esconden conocidos problemas físicos y matemáticos que he intentado evitar y en los que podéis profundizar con las obras que indico en la bibliografía. He querido mantener un enfoque operativo para poneros en condición de comprender y, por tanto, de hacer.

He intentado darle al libro un estilo lo más lineal posible, esforzándome en explicar los temas según el orden más lógico y coherente para un principiante. El libro está estructurado en once capítulos, seguidos de dos apéndices y una bibliografía para consultas posteriores.

El primer capítulo trata la teoría necesaria para comprender un circuito eléctrico y el funcionamiento de los componentes electrónicos más importantes, ilustrados en el capítulo 2. En el capítulo 3 aprenderemos a construir circuitos sobre placas de pruebas y a utilizar un soldador. El capítulo 4 explora los componentes semiconductores, como diodos, transistores y circuitos integrados.

El quinto capítulo está dedicado al desarrollo de proyectos prácticos para familiarizarnos con las placas de pruebas y con la lectura de los esquemas electrónicos. En el capítulo 6 hablaremos de señales y de circuitos para elaborarlas. El séptimo capítulo trata de los alimentadores. En el octavo, conoceremos la electrónica digital y experimentaremos con ella, para explorar el tema de los microcontroladores en el capítulo 9. En el décimo capítulo aprenderemos a diseñar un circuito impreso y a crearlo con software como gEDA o Fritzing. Por último, el capítulo 11 es una recopilación de proyectos útiles y esenciales para completar la práctica y adquirir un poco de experiencia con resistencias y transistores.

He decidido no incluir un capítulo sobre Arduino, sino añadir una breve referencia en el apéndice, junto a la descripción de un proyecto open source para la construcción de un sencillo osciloscopio.

Se puede acceder a otras explicaciones, actualizaciones y contenidos extra visitando el sitio web del autor: http://www.zeppelinmaker.it.

Paolo Aliverti, ingeniero de telecomunicaciones, artesano digital y emprendedor, se graduó en 1999 en el Politecnico di Milano con una tesis en robótica e inteligencia artificial que trataba sobre un sistema de visión para robots que juegan al fútbol. A los diez años empezó a interesarse por la electrónica y los microordenadores. Ha escrito el Manuale del Maker (Manual del Maker ) para LSWR (traducido al inglés por Maker Media) y dos libros más sobre la impresión 3D. Organiza cursos y talleres sobre Digital Fabrication , Internet de las Cosas e Informática física. En 2011 fundó la Frankenstein Garage y, más tarde, el FabLab Milano, que se ocupa del diseño y la creación de prototipos para empresas. Es aficionado al alpinismo.

Gracias a la editorial EDIZIONI LWSR por la confianza y la paciencia. En particular, al responsable editorial Marco Aleotti, quien me ha seguido y aconsejado durante el proceso de elaboración del libro. Gracias a Giovanni Branca, quien se ha ocupado de revisar pacientemente lo que he escrito.

Agradezco a mi estimado amigo Francesco Ranucci (http://fraranux.blogspot.it), incansable y genuino maker, artesano y tocador de zanfona, por haber revisado el libro. Y gracias también a Dario Gavezotti, por sus preciados consejos.

Dedico este libro a mi familia: a mi esposa, Eleonora, a mis tres preciosos hijos, Emma, Samuele, Giona, y a mis padres.

La corriente eléctrica puede ser muy peligrosa: es invisible y, si no se es consciente ni se está seguro de lo que se hace, se puede sufrir un accidente grave o mortal. Nunca utilicéis en vuestros experimentos una tensión de red de 220 V. Utilizad solo pilas o baterías, sin dejar de prestar la máxima atención.

Hace mucho tiempo estaba en Roma trabajando con los robots de la Robocup99. El equipo del Politecnico di Milano tenía un robot llamado Rullit que jugaba en la Medium Size League. Rullit era un robot bastante pesado, que se alimentaba con varios paquetes de baterías de doce voltios y varios kilos de peso.

Tras muchas horas de programación estaba exhausto. Conectando la alimentación del robot intercambié los cables rojos con los negros, lo que produjo una fuerte sacudida y una pequeña explosión, provocando un agujero en el tapete verde del campo de juego. Si no os sentís seguros o tenéis alguna duda, preguntad a un experto, un amigo, un electricista... En Internet existen muchos sitios y grupos (también en Facebook), aunque en estos casos no es fácil saber si una persona es realmente experta.

Ni yo ni el editor podemos asumir ninguna responsabilidad ante los resultados conseguidos en los experimentos descritos en este libro. No podemos dar cuenta de incidentes o daños sufridos por cosas, personas y animales que podrían producirse al realizar dichos experimentos.

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Para diseñar circuitos y entender el comportamiento de los dispositivos electrónicos , cabe empezar por los conceptos básicos. Hablaremos de corrientes , tensiones , resistencias y de las coincidencias que las unen. Para explicar todos estos conceptos, compararemos la corriente eléctrica con una corriente de agua .

Empezamos nuestra aventura con una parte un poco aburrida, cosa que, por otro lado, siempre es así. Para escalar una montaña debemos dejar el coche abajo para, después, sumergirnos por aburridos caminos escondidos en el bosque antes de ver aparecer las majestuosas cimas cubiertas de nieve. En las siguientes páginas, repasaremos un poco de teoría y trataremos de entender qué son y cómo se comportan las corrientes eléctricas. Tomemos una placa electrónica y observémosla con atención. Parece una ciudad en miniatura con bandas de líneas que parecen calles que la recorren de forma ordenada uniendo entre ellas pequeños cilindros o cubos, normalmente negros y llenos de misteriosos textos. Estamos observando el producto final de un trabajo de diseño y producción que empezó, probablemente, meses o años atrás. El circuito que tenemos en las manos ha sido, en primer lugar, diseñado conectando una serie de símbolos sobre un papel o una pantalla y, después, transformado en un objeto real, hecho con plástico, resinas y metales de distintos tipos. Las pequeñas líneas, de color verde, se denominan pistas y son la equivalencia a un cable eléctrico. Los pequeños objetos de forma cilíndrica o cúbica son componentes electrónicos que se utilizan para modificar el flujo de la corriente. Este artefacto se denomina circuito impreso o PCB ( Printed Circuit Board ) y... estamos invadidos por ellos.