PaperLed: El LED y tarjeta comprobación de salidas

Descripción

En esta página, veremos qué es un diodo LED y como aplicación práctica, realizaremos una tarjeta de comprobación de estado de 8 salidas.

¿Qué es un diodo LED?

Un LED (Light Emitting Diode - Diodo Emisor de Luz), es un componente electrónico que funciona como una bombilla, pero hemos de tener en cuenta que es un diodo, es decir, un componente que deja conducir la corriente eléctrica en un sentido y en el otro no conduce (por eso su símbolo es una flecha indicando la dirección de conducción).

El diodo LED es un diodo especial que al conducir emite una luz que puede ser visible o infrarroja.

Al estar fabricados con el objetivo de emitir luz, son más delicados que un diodo rectificador normal, y debemos de prestar atención a la tensión y polaridad a la que los conectamos. El diodo LED a perdido su función de rectificador, y si lo conectamos invertido, es posible que nos lo "carguemos".

Para distinguir los terminales del LED nos fijaremos en la longitud de sus terminales.
El largo es el ánodo y el corto es el cátodo. También la cápsula de plástico tiene una marca en el cátodo, es decir "un corte en el corto".

El símbolo del LED es el del diodo con unas flechas para simbolizar la emisión de luz :

La tensión a la que trabaja cada LED depende de su color (y fabricante):
Rojo = 1,8v-2,2v
Naranja = 2,1v-2,2v
Amarillo = 2,1v-2,4v
Verde = 2v-3,5v
Azul = 3,5v-3,8v
Blanco = 3,6v.

Los LED convencionales trabajan de 10 a 20mA. Para limitar la intensidad que circula por el LED, y evitar que éste se funda se suele colocar una resistencia limitadora. Veamos como se calcula:
Si lo alimentamos con 5v, y si sabemos que la Intensidad máx del diodo es If=10 mA y trabaja con una tensión de 2v, la resistencia tiene que provocar una caída de:
VR=5-2=3v.
Según la ley de Ohm:
V = I x R => R = VR/If=3/10=0,3 KOhmnios 
(al estar If en mA el valor obtenido serán KOhmnios).
Es decir con una resistencia de unos 300 Ohmnios el LED da su mayor brillo. Es conveniente no trabajar con valores máximos. Por lo que para aumentar la vida del LED y aunque ilumine menos, podemos aumentar el valor de la resistencia y así no preocuparnos de que tipo de LED es.
(valores habituales para 5v van desde 330 Ohmios a 1K).

Las puertas de los micros suministran intensidad suficiente para alimentar un LED. 
Si queremos que se encienda el LED con un nivel ALTO (5v) utilizaremos este esquema:

Y si queremos que se encienda el LED con un nivel BAJO (0v) este otro:

Vamos a realizar un circuito muy sencillo, que consiste simplemente en 8 leds con su resistencia en serie.

NOTA: puedes usar una tira de 8 Pines hembras, o una de 8 pines hembra en conjunción una tira de 8 pines macho. de esta manera puedes también conectar el circuito con cables.


Realización
 
El método Paper consiste en ayudarnos en unas pegatinas para facilitarnos el proceso de montaje y soldadura.

Primero imprimiremos el documento PaperLed (disponible en la parte inferior de esta página en el apartado de descargas):

Una vez impreso el documento, comprobaremos que la impresión se ha realizado a la escala correcta con la ayuda de la regla impresa situada en el lateral izquierdo de la hoja. Al colocar a su lado un regla en centímetros deberán coincidir las marcas.

Cortamos una placa de stripboard de 10 filas por 7 agujeros, y fijándonos en el paper-documento cortamos las pistas.

Para soldar los componentes SMD, prefiero pegarlas primero con un poco de cianocrilato (Loctite),

y con la ayuda de un palillo para evitar utilizar mucho adhesivo:

Luego colocamos el componente con "cuidadín"

Y ya los podemos soldar con tranquilidad.

Recuerda que hay que unir todas todas las pistas con ayuda de un trozo de cable en el lado contrario al conector.

En este caso haremos una Paperetiqueta para proteger el circuito, y que se muestre un número al encender cada led.

Primero le aplicaremos Aironfix transparente (puede valer cello)

Para hacer el papel más transparente, puedes aplicarle un poco de aceite 

(no hace  falta que sea de oliva!)

Y al aplicar cinta de doble cara, dejar la zona con aceite sin adhesivo:

Ahora podemos colocarlo sobre el circuito

Obteniendo el siguiente resultado:

Para facilitar el conexionado, en vez de cables, podemos utilizar una tira de pines largos Macho

Sobre los pines macho, he soldado unos pines hembra, para poder utilizar la señal, además de visualizar su estado.

Ruleta electrónica

Vamos a probar el correcto funcionamiento de la placa con un ejemplo que simula una ruleta electrónica:

Además del PaperLED, necesitaremos un buzzer con vibrador incorporado y un pulsador que lleve a masa una patilla de Arduino (yo he utilizado un PaperTeclado).

Podemos ayudarnos del documento de ejemplo donde tenemos una imagen con detalles del montaje:

Cargaremos en el Arduino el Sketch del archivo de descargas: 

El programa muestra mediante pitidos que tecla se ha pulsado, también envía al terminal serie del PC el código del pulsador.

/*
  Ruleta
  Enciende un led aleatoriamente simulando una ruleta.

  Este ejemplo es de dominio publico.
 
* Colocamos un pulsador entre GND y la patilla 4,
  y una resistencia pull-up entre la patilla 4 y 5v
  (Podemos usar un Paper-Teclado)
*  Colocamos un vibrador con oscilador integrado (buzzer) entre masa y la patilla 5
*  Colocamos el PaperLed entre las patillas 6 y 13
  (8 leds con una resistencia en serie a masa) 
 
  creado el 30 de Marzo 2011
  por Iñigo Zuluaga
  www.txapuzas.blogspot.com
 
 */
// Definicion de Entradas/Salidas
int Led1Pin = 6;         // Selecciona el pin para el led 1
int Led2Pin = 7;         // Selecciona el pin para el led 2
int Led3Pin = 8;         // Selecciona el pin para el led 3
int Led4Pin = 9;         // Selecciona el pin para el led 4
int Led5Pin = 10;        // Selecciona el pin para el led 5
int Led6Pin = 11;        // Selecciona el pin para el led 6
int Led7Pin = 12;        // Selecciona el pin para el led 7
int Led8Pin = 13;        // Selecciona el pin para el led 8
int PulsadorPin = 4;     // Selecciona el pin para el led 10
int VibradorPin = 5;     // Selecciona el pin para el vibrador
// Definicion de Variables
int Espera = 0;          // Tiempo de espera (velocidad)
int Numero = 0;          // Numero aleatorio
int nLed=0;
int Leds[8]={Led1Pin,Led2Pin,Led3Pin,Led4Pin,Led5Pin,Led6Pin,Led7Pin,Led8Pin};
int Pulsador;           // Estado del pulsador


void setup() {               
  // Inicializamos las entradas.
  pinMode(PulsadorPin, INPUT);
  // Inicializamos las salidas.
  pinMode(Led1Pin, OUTPUT);
  pinMode(Led2Pin, OUTPUT);
  pinMode(Led3Pin, OUTPUT);
  pinMode(Led4Pin, OUTPUT);
  pinMode(Led5Pin, OUTPUT);
  pinMode(Led6Pin, OUTPUT);
  pinMode(Led7Pin, OUTPUT);
  pinMode(Led8Pin, OUTPUT);
  pinMode(VibradorPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  Pulsador = digitalRead(PulsadorPin);
  if (Pulsador == LOW){
    for (int i=0; i <= 7; i++){          // Recorre todos los diodos
      digitalWrite(Leds[nLed],LOW);      // y los apaga
    }
    randomSeed(analogRead(0));           // Inicializa la semilla del numero aleatorio
    Numero = random(100,400);             // Numero resultado de la ruleta

    for (int i=0; i <= Numero; i=i+10){  // mientras el contador < numero aleatorio
      nLed=nLed+1;                       // Incrementa el led a encender
      if (nLed>7) nLed=0;                // Solo tenemos 8 leds!
      digitalWrite(VibradorPin,HIGH);    // Suena el vibrador
      digitalWrite(Leds[nLed],HIGH);     // Enciende el led que corresponde
      delay(i);                          // Espera
      digitalWrite(VibradorPin,LOW);     // Apaga el vibrador
      digitalWrite(Leds[nLed],LOW);      // Apaga el led que corresponde
      delay(i/2);
    }      // Cuando ha llegado al numero premiado
    for (int i=0; i <= 2; i++){          // Repite 3 veces
      digitalWrite(Leds[nLed],LOW);      // Apaga el led que corresponde
      digitalWrite(VibradorPin,LOW);     // Apaga el vibrador
      delay(100);                        // Espera
      digitalWrite(Leds[nLed],HIGH);     // Enciende el led que corresponde
      digitalWrite(VibradorPin,HIGH);    // Suena el vibrador
      delay(100);                        // Espera
    
    }
    digitalWrite(VibradorPin,LOW);       // Apaga el vibrador
  }
} 

Y el resultado final es (no se aprecia muy bien el correcto funcionamiento de los LEDs debido a la mala calidad del video, pero bueno)

Enlaces de Interés

http://inventable.eu/2010/08/23/como-conectar-un-led/
http://www.monografias.com/trabajos60/diodo-led/diodo-led.shtml
http://es.wikipedia.org/wiki/Led
http://inventable.eu/2010/08/24/como-medir-la-tension-caracteristica-de-un-led/

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Descargas

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Notas
Para la realización de este proyecto se han utilizado los programas: Arduino, Inkscape, Openoffice, Gimp, Picasa, Fritzing
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