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Inform�tica libre en la Metodolog�a de Aprendizaje basado en proyectos

 

Free Computing in Project-Based Learning Methodology

 

Computa��o Livre na Metodologia de Aprendizagem Baseada em Projetos

 

 

 

Guillermo Augusto Cede�o-Rodr�guez ^I

guillermo4030@hotmail.com

https://orcid.org/0000-0001-6138-7825

 

 

Jazm�n Andrea Saltos-G�mez ^II

ing.jasycar@gmail.com

https://orcid.org/0000-0002-7047-8427

 

 

 

Correspondencia: guillermo4030@hotmail.com

 

 

 

Ciencias t�cnicas y aplicadas

Art�culo de investigaci�n

 

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*Recibido: 30 de julio de 2020 *Aceptado: 21 de agosto de 2020 * Publicado: 28 de agosto de 2020

 

 

1. Ingeniero de Sistemas y Computaci�n, Master Universitario en Sistemas Inteligentes y Aplicaciones Num�ricas en Ingenier�a, Docente Investigador de la Facultad de Ingenier�as en la Universidad T�cnica �Luis Vargas Torres� de Esmeraldas, Ecuador.
2. Ingeniera en Sistemas y Tecnolog�as de la Informaci�n, Docente Investigadora de la Facultad de Ingenier�as en la Universidad T�cnica �Luis Vargas Torres� de Esmeraldas, Ecuador.

Resumen

Arduino es una plataforma de desarrollo, basada en una placa electr�nica de hardware libre que incorpora un microcontrolador re-programable y una serie de pines hembra. En otras palabras, es una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, dise�ado para facilitar el uso de la electr�nica en proyectos multidisciplinares. El Arduino Mega es quiz�s el microcontrolador m�s capaz de la familia Arduino. Posee 54 pines digitales que funcionan como entrada/salida; 16 entradas an�logas, un cristal oscilador de 16 MHz, una conexi�n USB, un bot�n de reset y una entrada para la alimentaci�n de la placa. De acuerdo a Ruiz (2007) dos partes son indispensables, encierran bloques que contienen declaraciones, estamentos o instrucciones. Ambas funciones son necesarias para que el programa trabaje. La funci�n de configuraci�n debe contener la declaraci�n de las variables. Es la primera funci�n a ejecutar en el programa, se ejecuta s�lo una vez, y se utiliza para configurar o inicializar, configuraci�n de la comunicaci�n en serie y otras. La funci�n bucle siguiente contiene el c�digo que se ejecutara continuamente (lectura de entradas, activaci�n de salidas). Arduino se ha constituido en la actualidad en una de las tecnolog�as que ha marcado y popularizado notablemente la utilizaci�n del hardware libre en el desarrollo de proyectos, gracias a una comunidad que se incrementa a cada instante, con nuevos proyectos que acercan y facilitan la creaci�n de tecnolog�a para la soluci�n de problemas diversos de la sociedad.

Palabras Clave: inform�tica; software libre; tecnolog�as por proyectos; microcontrolador

 

Abstract

Arduino is a development platform, based on a free hardware electronic board that incorporates a re-programmable microcontroller and a series of female pins. In other words, it is a board with a microcontroller and a development environment, designed to facilitate the use of electronics in multidisciplinary projects. The Arduino Mega is perhaps the most capable microcontroller in the Arduino family. It has 54 digital pins that function as input / output; 16 analog inputs, a 16 MHz crystal oscillator, a USB connection, a reset button and an input for powering the board. According to Ruiz (2007) two parts are essential, they contain blocks that contain statements, statements or instructions. Both functions are necessary for the program to work. The configuration function must contain the declaration of the variables. It is the first function to be executed in the program, it is executed only once, and it is used to configure or initialize, configuration of serial communication and others. The following loop function contains the code that will be executed continuously (reading inputs, activating outputs). Arduino has become currently one of the technologies that has marked and popularized the use of free hardware in the development of projects, thanks to a community that increases every moment, with new projects that bring and facilitate the creation of technology for solving various problems of society.

Keywords: computing, free software, project technologies, microcontroller

 

Resumo

Arduino � uma plataforma de desenvolvimento, baseada em uma placa eletr�nica de hardware livre que incorpora um microcontrolador reprogram�vel e uma s�rie de pinos f�meas. Ou seja, � uma placa com microcontrolador e ambiente de desenvolvimento, projetado para facilitar o uso da eletr�nica em projetos multidisciplinares. O Arduino Mega � talvez o microcontrolador mais capaz da fam�lia Arduino. Possui 54 pinos digitais que funcionam como entrada / sa�da; 16 entradas anal�gicas, um oscilador de cristal de 16 MHz, uma conex�o USB, um bot�o de reset e uma entrada para alimenta��o da placa. Segundo Ruiz (2007) duas partes s�o essenciais, pois cont�m blocos que cont�m enunciados, enunciados ou instru��es. Ambas as fun��es s�o necess�rias para o programa funcionar. A fun��o de configura��o deve conter a declara��o das vari�veis. � a primeira fun��o a ser executada no programa, � executada apenas uma vez, e serve para configurar ou inicializar, configurar a comunica��o serial e outras. A seguinte fun��o de loop cont�m o c�digo que ser� executado continuamente (leitura de entradas, ativa��o de sa�das). O Arduino j� se tornou uma das tecnologias que tem marcado e popularizado o uso de hardware livre no desenvolvimento de projetos, gra�as a uma comunidade que aumenta a cada momento, com novos projetos que re�nem e facilitam a cria��o de tecnologia para resolver diversos problemas da sociedade.

Palavras-chave: computa��o, software livre, tecnologias de projeto, microcontrolador

 

Introducci�n

Con el auge de los dispositivos de l�gica programable reconfigurables, el compartir los dise�os l�gicos es tambi�n una pr�ctica de hardware libre. El hardware libre se refiere a los dispositivos cuyas especificaciones y diagramas esquem�ticos son de acceso p�blico, ya sea bajo alg�n tipo de desembolso o de forma gratuita. La filosof�a del software libre es aplicable a la del hardware libre. Se debe recordar en todo momento que libre no es sin�nimo de gratis. El hardware libre forma parte de la cultura libre. Algo que tiene en com�n el hardware con el software es que ambos corresponden a las partes tangibles de un sistema inform�tico: sus componentes.

El hardware es un equipo electr�nico o inform�tico. En inform�tica, se denomina hardware o soporte f�sico al conjunto de elementos materiales que componen un computador. El Hardware adem�s son los componentes f�sicos de una computadora tales como el disco duro, la unidad de disco �ptico, la disquetera, entre otros componentes. El hardware se refiere a lo que es tangible, es decir todos los componentes f�sicos de la computadora. El hardware libre permite que cualquiera pueda abordar proyectos complejos, adaptando el hardware existente, a su vez el ahorro de tiempo y dinero es considerable, as� como mayor perdurabilidad en el tiempo.

Arduino es una plataforma de hardware abierto que proporciona la programaci�n de un microcontrolador. Los microcontroladores nos rodean en la cotidianidad, utilizan sensores para escuchar el mundo f�sico y los actuadores para interactuar con el mundo f�sico. Los microcontroladores estudian sobre los sensores y escriben sobre los actuadores. Expresa Ruiz (2009) que la inteligencia de Arduino se expresa mediante su lenguaje de programaci�n.

 

Desarrollo

El Hardware libre

La Declaraci�n de principios del hardware libre citado por Lazalde y otros (2015), definen el hardware libre como �un hardware cuyo dise�o se pone a disposici�n del p�blico de modo que cualquiera puede estudiar, modificar, distribuir, hacer y vender el dise�o o el hardware que se sustente en dicho dise�o�, es decir, son dispositivos de hardware cuyas especificaciones y diagramas esquem�ticos son de acceso p�blico.

El Hardware libre usa piezas y materiales disponibles en el mercado, utiliza procesos estandarizados, infraestructura abierta, contenido no restringido y herramientas de dise�o libres, ofreciendo la posibilidad de dominar su tecnolog�a al mismo tiempo que comparten el saber y auspician la comercializaci�n a trav�s del intercambio abierto de dise�os. A partir de estos principios, el uso del hardware libre brinda diversos beneficios a la sociedad y a sectores tecnol�gicos innovadores. El hardware libre se basa en principios de software libre entre las que destacan de acuerdo a Lazalde y otros (2015): la mejora de la sostenibilidad y soberan�a tecnol�gicas, la adopci�n de las citadas libertades a imagen, el fortalecimiento de ecosistemas de innovaci�n y producci�n basados en los principios de Hardware libre y an�logos favorece el empoderamiento de las comunidades y el beneficio social y apropiabiliad en el empleo de las tecnolog�as.

El hardware libre se puede insertar en el sistema educativo, gracias a su potencial reducci�n de costes respecto al dise�o tecnol�gico, a su eventual valor pedag�gico al insertarse en procesos de formaci�n y de trabajo necesariamente colaborativo.

De acuerdo a Lazalde y otros (2015), describe que una de las principales ventajas es la sostenibilidad tecnol�gica que aporta, en cuanto a capacidad de persistir. Avanzar hacia la sostenibilidad constituye un reto social que involucra pol�ticas internacionales y nacionales, as� como el cambio de estilos de vida individuales concentrados hacia la reducci�n del impacto en t�rminos de recursos humanos y de huella ecol�gica. El objetivo esencial del empleo de esta tecnolog�a es establecer un paradigma en el que cualquiera puede aprender c�mo hacer y utilizar las tecnolog�as indispensables, sin las restricciones de la propiedad intelectual; aportar al ecosistema de conocimiento colectivo del software libre mediante ideas, dise�os y observaciones; as� como compartir planes y experiencias tecnol�gicas por medio de una red de trabajo colaborativo para un mundo sustentable.

 

Arduino

Arduino es una plataforma de desarrollo basada en una placa electr�nica de hardware libre que incorpora un microcontrolador re-programable y una serie de pines hembra. Estos permiten establecer conexiones entre el microcontrolador y los diferentes sensores y actuadores de una manera muy sencilla, en otras palabras, es una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, dise�ado para facilitar el uso de la electr�nica en proyectos multidisciplinares.

Entre las implementaciones de hardware libre m�s representativas est� Arduino, una plataforma inform�tica basada en un tablero microcontrolador simple y un ambiente de desarrollo para escribir software en �l. De acuerdo a Lazalde y Otros (2015), est� dirigido a artistas, dise�adores, aficionados y dem�s interesados en crear dispositivos o ambientes interactivos. Este microcontrolador permite el funcionamiento de varios dispositivos derivados como el Arduino Geiger (detector de radiaci�n), pHduino (medidor de pH), Xoscillo (osciloscopio) y OpenPCR (an�lisis de ADN).

Esencialmente una placa de hardware Arduino est� compuesta por:

�                     Una serie de puertos digitales y an�logos para el ingreso de datos que pueden proceder de una variedad de interruptores o sensores como el movimiento, la luz, sensores de proximidad, entre otros.

�                     Una serie de puertos de salida conectada a un actuador como: motor, luces, dispositivos computarizados, entre otros.

�                     Un procesador central con una memoria flash en la que el usuario escribe instrucciones para procesar datos de entrada hacia los puertos de salida.

Arduino puede emplearse para desarrollar objetos interactivos tomando datos de entrada de una variedad de interruptores o sensores y controlando una variedad de luces, motores y otros datos f�sicos. Lazalde y Otros (2015), explican que �los proyectos Arduino pueden ser aut�nomos o pueden comunicarse con software que funciona en un computador�. Adem�s, las placas Arduino pueden ensamblarse a mano o adquirirse pre-ensambladas. El entorno de desarrollo es software libre, as� que pueden descargarse gratuitamente. En la figura 1, se puede observar una placa Arduino UNO. Arduino UNO es la �ltima versi�n de la placa, existen dos variantes, la Arduino UNO convencional y la Arduino UNO SMD. La �nica diferencia entre ambas es el tipo de microcontrolador que montan.

 

Figura 1. Arduino UNO.

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El Arduino Mega es quiz�s el microcontrolador m�s capaz de la familia Arduino. Posee 54 pines digitales que funcionan como entrada/salida; 16 entradas an�logas, un cristal oscilador de 16 MHz, una conexi�n USB, un bot�n de reset y una entrada para la alimentaci�n de la placa. La comunicaci�n entre la computadora y Arduino se produce a trav�s del puerto serie, sin embargo, tiene un convertidor USB-SERIE, por lo que s�lo se precisa conectar el dispositivo a la computadora utilizando un cable USB como el que utilizan las impresoras. En la figura 2 se muestra el Arduino Mega.

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Figura 2. Arduino MEGA.

 

La lilyPad Arduino es la tarjeta principal que consiste en un ATmaga328. La lilypad se dise�� para tener grandes almohadillas de conexi�n para que puedan ser cosidos en la ropa. Varios de entrada, salida, el poder y placas de sensores disponible son lavables. En la figura 3, se puede observar la lilyPad.

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Figura 3. Arduino LILYPAD.

 

Antes del Arduino se requer�a de conocimiento experto de electr�nica, de configuraci�n de componentes, de programaci�n de micro-controladores, se requer�a mayor inversi�n de tiempo en el desarrollo de proyectos y se necesitaba de mayor talento humano para la elaborar un proyecto, y por supuesto el costo m�s alto de los proyectos. Pero en la actualidad ya no es necesario tantos requisitos. Para convertirte en un experto en Arduino solo tienes que estudiar y formarte porque la estructura b�sica del lenguaje de programaci�n de Arduino es bastante simple y todo lo que se necesita es una computadora, aunque se puede programar en una tablet o smartphone, aunque es m�s c�modo en un PC, internet y la placa en cuesti�n.

 

Experiencia en la programaci�n y configuraci�n de Arduino

�                     No se requiere de conocimiento experto en electr�nica, ni en programaci�n de micro-controladores.

�                     Proyectos con mayor calidad, de est�ndares abiertos y m�s econ�micos.

�                     Dise�o colaborativo a nivel mundial.

�                     Ahorra costos y tiempos de desarrollo de los proyectos.

 

Fases para la realizaci�n de proyectos

1. Planteamiento del problema:������������

�         La propuesta dentro del contexto.

�         Descripci�n del problema.

2. Investigaci�n:

�         Se debe obtener una actitud para identificar las diferentes posibilidades y elecci�n de la mejor soluci�n.

����� 3. Planificaci�n:

�         Determinar los tipos de actividades y responsabilidades para construir el plan del desarrollo del proyecto.

����� 4. Desarrollo:

�         Los materiales necesarios para desarrollar los proyectos cambian, de acuerdo a la naturaleza tecnol�gica del mismo.

����� 5. Evaluaci�n:

�         Se adopta una evaluaci�n tanto grupal como una individual.

 

Aplicaciones desarrolladas por estudiantes UTELVT

����������� Para que se lleven a cabo aplicaciones del Arduino es necesario programar dicha equipos, por tanto, la estructura b�sica del lenguaje de programaci�n de Arduino es bastante simple y se compone de al menos dos partes. De acuerdo a Ruiz (2007) estas dos partes indispensables, encierran bloques que contienen declaraciones, estamentos o instrucciones. Ambas funciones son necesarias para que el programa trabaje. La funci�n de configuraci�n debe contener la declaraci�n de las variables. Es la primera funci�n a ejecutar en el programa, se ejecuta s�lo una vez, y se utiliza para configurar o inicializar, configuraci�n de la comunicaci�n en serie y otras.

La funci�n bucle siguiente contiene el c�digo que se ejecutara continuamente (lectura de entradas, activaci�n de salidas). Esta funci�n es el n�cleo de todos los programas de Arduino y la que realiza la mayor parte del trabajo. Entre las diversas aplicaciones tenemos:

�         Bast�n inteligente: es un proyecto muy interesante y es ideal para principiantes. El objetivo principal de este bast�n es alertar de las personas con discapacidad visual sobre un obst�culo en su camino. Cuando el sensor detecta cualquier objeto en un rango de 60 cm activa el zumbador.

�         Clasificador por color:� a trav�s del Arduino se utiliza un sensor �ptico que permite detectar el color de un objeto ubicado en frente de �l. Internamente, el TCS3200 est� formado por una matriz de fotodiodos de silicona junto con un conversor de frecuencia, en un �nico integrado.

�         Dispensador Autom�tico: en un dispensador autom�tico de agua que incluye un reloj para poder programar la dispensa de agua en un horario determinado. Cuando se ha rellenado el vaso, el dispensador emite un sonido que intenta avisar cuando est� listo.

�         Radar: utilizando Arduino para obtener las se�ales correspondientes, y processing para procesarlas.

�         Mano rob�tica: no pretende ser una fiel reproducci�n de la mano humana, pero s� una aproximaci�n que reproduce con cierta similitud, las funcionalidades de esta.

�         Impresora CNC: es una m�quina controlada por una computadora que es capaz de moldear, grabar, tallar y fresar todo tipo de materiales de la forma y tama�o que se desea.

�         Cubo Rubik: este cubo, usa una serie de motores dentro del cubo y un Arduino como cerebro para decidir los movimientos, desde luego la idea es ingeniosa, cada pieza de color del cubo tiene asignado un brazo-motor y el Arduino simplemente tiene que calcular los movimientos necesarios bas�ndose en la situaci�n en la que se encuentra. A partir de ah�, los motores comienzan a girar los laterales del cubo como si una mano invisible lo estuviese haciendo.

 

Logros en la academia gracias a Arduino

�                     Sumerge al estudiante en la creaci�n de tecnolog�as.

�                     Arduino no es un simulador, minimizando el miedo a la experiencia.

�                     Arduino es una herramienta que se puede emplear en cualquier nivel de formaci�n.

�                     Independencia y autoformaci�n mediante Aprendizaje Basado en Proyectos.

�                     Diferentes soluciones a un mismo problema, permitiendo el debate.

�                     Permite interiorizar en muy poco tiempo los conceptos a trav�s de la pr�ctica.

�                     Capta la atenci�n del estudiante, posibilita trabajar con problemas del entorno.

�                     Proactividad y motivaci�n del estudiante.

�                     Sentido de pertenencia e identificaci�n con el trabajo.

�                     Desarrollo de otras �reas del saber.

�                     Desarrollo de competencias en las dimensiones del saber (conceptual), saber hacer (procedimental) y saber ser (actitudinal/motivacional).

 

Conclusiones

Arduino se ha constituido en la actualidad en una de las tecnolog�as que ha marcado y popularizado notablemente la utilizaci�n del hardware libre en el desarrollo de proyectos, gracias a una comunidad que se incrementa a cada instante, con nuevos proyectos que acercan y facilitan la creaci�n de tecnolog�a para la soluci�n de problemas diversos de la sociedad.

Arduino abarata costos y tiempo de desarrollo, sin la necesidad de conocimientos especializados de electr�nica y programaci�n.

Gracias a las facilidades que brinda la tecnolog�a Arduino se est� impulsando en el sistema educativo, la realizaci�n de trabajos colaborativos que desarrollan la innovaci�n a trav�s de la pr�ctica y la generaci�n de un aprendizaje significativo.

 

Referencias

1.      Dorgan, I. (2007). Programaci�n de microcontroladores PIC. Barcelona: Marcombo.

2.      Garrido, j (2019) Fundamentos de Arduino

3.      Lazalde, I.; Torres, J. y Vila D. (2015). Hardware libre Recomendaciones para el fomento de la innovaci�n ciudadana. Buen Conocer / FLOK Society: Modelos sostenibles y pol�ticas p�blicas para una econom�a social del conocimiento en Ecuador. Documento en l�nea. Disponible en: https://floksociety.org/docs/Espanol/4/4.1.pdf

4.      Listado de Ingenier�a de la Automatizaci�n Industrial mas vendidos https://www.superventas.club/listado-de-ingenieria-de-la-automatizacion-industrial-mas-vendidos

 

5.      Ruiz, J. (2007). Manual de Programaci�n Arduino. San Francisco, California, 94105, USA. Documento en l�nea. Disponible en: https://arduinobot.pbworks.com/f/Manual+Programacion+Arduino.pdf.

6.      Valdes, F () Microcontroladores. Fundamentos y aplicaciones con Pic. Alfaomega, marcondo.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

�2020 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0) (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).