PaperTecladoAnalógico. Varios pulsadores con una sola entrada analógica

Descripción

Al realizar proyectos con microcontroladores, tarde o temprano nos encontraremos que nos faltan entradas para algunos pulsadores, una posibilidad es utilizar una entrada analógica, a la que conectaremos un divisor de tensión entre 5V y masa con múltiples resistencias. Si puenteamos las resistencias con pulsadores, el valor de tensión medido en la entrada analógica variará, obtenieńdose un valor concreto con cada pulsador. Mediante software asociaremos cada valor a un pulsador.

Como se aprecia en la figura, tenemos 11 resistencias iguales en serie colocadas entre 5v y masa, y de la mitad de las resistencia obtenemos una toma a la entrada analógica del micro.

Si no apretamos ninguna tecla, como hay el mismo número de resistencias a un lado y al otro obtendremos un valor de 2,5v. 

Si apretamos el pulsador P1 puenteamos la 5 primeras resistencias, llevando el punto de medición a Vcc (5v). 

Si accionamos el pulsador P10, puenteamos las 5 últimas, llevando el punto de medición a masa (0v).  

Y si accionamos cualquier otro pulsador obtendemos un valor intermedio.

La lista de valores asociados a cada pulsador es el siguiente:
(es una tabla OpenOffice que puedes descargar al final de esta página)

Esta tabla representa en columnas los valores de resistencias que se obtienen al activar cada pulsador.
Vamos a analizar el caso de activar el pulsador P3.
La resistencia entre el punto de medición y masa será Rout = 19,8 K
( R0 y R11 siempre están activas, para evitar que se produzca corto al pulsar simultáneamente P1 y P10)
La Resistencia total será Rtotal = 29,7 K
La intensidad que circula por las resistencias será V/Rtotal=5/29,7=0,17mA
Y la caida de tensión que se producirá en las últimas resistencias, es decir el valor que mediremos será Vout= I x Rout = 0,17 x 19,8 = 3,33 v
Pero como la entrada analógica del micro discrimina 1024 valores para 5v, este valor será de Vout(1024) = 3,33 * 1024 / 5 = 683
Este valor puede oscilar a causa del rizado de la fuente y de las tolerancias de las resistencias, así que creo que es mejor utilizar los valores intermedios, es decir podemos mediante el programa detectar que se ha pulsado el P3 si el valor leído está rntre 649 y 725.
Si utilizas Arduino, puedes comprobar que todo este rollo que te he soltado es correcto si cargas el ejemplo AnalogInSerial (ArduinoMenú/Files/Examples/AnalogInSerial) y observas los valores obtenidos cada vez que pulsas una tecla.

Como se aprecia en la tabla, el consumo máximo del teclado es de 0,22 mA y cuando no se pulsa ningúna tecla consume 0,13mA, valores perfectamente asumibles para una alimentación por baterías (si quieres puedes aumentar el valor de las resistencias para disminuir el consumo).

Realización

Como siempre utilizaremos el método Paper que consiste en ayudarnos en unas pegatinas para facilitarnos el proceso de montaje y soldadura.

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

Y después de comprobar con la regla situada a la izquierda de la página impresa que está a escala 1/1, recortamos la etiqueta:

Si quieres puedes protegerla pegando encima un poco de plástico autoadhesivo transparente. Añade algún tipo de pegamento y con ayuda de algo puntiagudo colócala encima de un trozo de stripboard de modo que encajen lo agujeros dibujados con  los de la stripboard.

Después con el punzón y sobre un soporte blando, perfora todos los agujeros de la etiqueta.

Comprueba al trasluz que no te has dejado ningún agujero:

Para hacer la placa más pequeña, he hecho algunas txapuzas:

He colocado en un mismo agujero varias resistencias, por lo que habrá que agrandar un poco los agujeros centrales:

También he cortado una de las patas de los pulsadores para que no produzcan cortocircuito (fíjate bien cual) ,

y la pata "coja" la soldamos con el interior de un trozo de cable unifilar:

 El resultado es el siguiente:

Se me olvidaba! en la parte inferior tienes que cortar las pistas:

para que quede algo parecido a esto:

Los tres cables de conexión los puedes soldar por la parte inferior.

Ha llegado el momento de comprobar que todo funciona. Si utilizas Arduino, puedes probarlo con el ejemplo AnalogInSerial o con los que tienes a tu disposición en el archivo de descarga.

Si ahora quieres ponerlo bonito, puedes realizar una carátula, como siempre recortamos y protegemos con plástico autoadhesivo la etiqueta frontal:

(en este caso pondremos también en la parte inferior, para intentar que con el uso no se estropee).

Después cortamos la carátula trasera que utilizaremos como plantilla para cortar el material que utilizaremos como marco.

 Transferimos las dimensiones del marco al cartón pluma:

Yo utilizo cartón pluma pero puedes utilizar cualquier material que tenga como mínimo el espesor de la placa.

Una vez cortado el cartón pluma, he colocado adhesivo de doble cara para fijar la pegatina delantera:

También coloco adhesivo en la parte trasera

Comprobamos que la placa entra en el alojamiento realizado en el cartón pluma:

Como en mi caso sobre bastante distancia entre la placa y el cartón pluma, lo relleno con papel doblado varias veces (hace el efecto de muelle).

Ahora colocamos la etiqueta trasera:

Y recortamos los exteriores  (había cortado el cartón-pluma con demasía).

Obteniendo el siguiente resultado:

Y por la parte trasera:

Funcionamiento

Para comprobar el teclado puedes realizar el montaje siguiente:

A continuación un ejemplo del programa de demostración del funcionamiento de los pulsadores para Arduino. 

/*
  Teclado analógico
 Lee el estado de un teclado compuesto por un divisor de tensión,
 cuyas resistencias son puenteadas a masa o a 5 voltios.
 El programa mostrará mediante pulsaciones de un led colocado entre el pin
 13 y masa, la tecla pulsada.

 El circuito:
 * Salida de "Teclado analógico" (cable azul) conectada a la entrada analógica 0
 * Cable rojo de "Teclado analógico" a 5v
 * Cable negro de "Teclado analógico" a masa. (GND)
 * the other side pin to +5V
 * Anodo del LED (pata larga) conectada a la salida digital 13
 * Cátodo del LED (pata corta) conectada a masa

 * Nota: como la mayoría de Aduinos ya incorporan un LED conectado
 al pin 13 en la placa, este led es opcional.


 Creado por Iñigo Zuluaga
 20-Jul-2010

 http://txapuzas.blogspot.com

 */

int TecladoPin = 0;    // Selecciona la entrada para el teclado
int ledPin = 13;       // Selecciona el pin del LED
int TecladoValor = 0;  // Variable para almacenar el valor analógico del teclado
int Pulsador=99;       // Variable que indica el pulsador accionado


void setup() {
  // declara ledPin como SALIDA:
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  // lee el valor analógico del teclado:
  TecladoValor = analogRead(TecladoPin);  
  if (TecladoValor>939) {
   Pulsador=4;
  }
 else if (TecladoValor>792) {
   Pulsador=3;
 }
 else if (TecladoValor>686) {
   Pulsador=2;
 }
 else if (TecladoValor>604) {
   Pulsador=1;
 }
 else if (TecladoValor>540) {
   Pulsador=10;
 }
 else if (TecladoValor>484) {
   Pulsador=99;
 }
 else if (TecladoValor>420) {
   Pulsador=5;
 }
  else if (TecladoValor>338) {
   Pulsador=6;
 }
 else if (TecladoValor>232) {
   Pulsador=7;
 }
 else if (TecladoValor>85) {
   Pulsador=8;
 }
 else if (TecladoValor>0) {
   Pulsador=9;
 }

 if (Pulsador != 99) {
   for (int cont=0; cont < Pulsador; cont++) {
   // Enciende el LED:
   digitalWrite(ledPin, HIGH);
   // Espera 200 milisegundos:
   delay(200);        
   // Apaga el LED:      
   digitalWrite(ledPin, LOW); 
   // Espera 200 milisegundos:
   delay(200);
   }
 }             
}

Y otro, pero esta vez encapsulado en una función para que sea más fácil su utilización.

  /*
  Ejemplo de utilización de una función de lectura del Teclado analógico
 Lee el estado de un teclado compuesto por un divisor de tensión,
 cuyas resistencias son puenteadas a masa o a 5 voltios.
 El programa mostrará mediante pulsaciones de un led colocado entre el pin
 13 y masa, la tecla pulsada.

 El circuito:
 * Salida de "Teclado analógico" (cable azul) conectada a la entrada analógica 0
 * Cable rojo de "Teclado analógico" a 5v
 * Cable negro de "Teclado analógico" a masa. (GND)
 * the other side pin to +5V
 * Anodo del LED (pata larga) conectada a la salida digital 13
 * Cátodo del LED (pata corta) conectada a masa

 * Nota: como la mayoría de Aduinos ya incorporan un LED conectado
 al pin 13 en la placa, este led es opcional.


 Creado por Iñigo Zuluaga
 20-Jul-2010

 http://txapuzas.blogspot.com

 */

int TecladoPin = 0;    // Selecciona la entrada para el teclado
int ledPin = 13;       // Selecciona el pin del LED
int TecladoValor = 0;  // Variable para almacenar el valor analógico del teclado
int Pulsador=99;       // Variable que indica el pulsador accionado


void setup() {
  // declara ledPin como SALIDA:
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  // lee el valor analógico del teclado:
 Pulsador=LeerTeclado();          // Va a la función de lectura del teclado
 if (Pulsador != 99) {            // Si se ha pulsado una tecla ...
   for (int cont=0; cont < Pulsador; cont++) {
   // Enciende el LED:
   digitalWrite(ledPin, HIGH);
   // Espera 200 milisegundos:
   delay(200);        
   // Apaga el LED:      
   digitalWrite(ledPin, LOW); 
   // Espera 200 milisegundos:
   delay(200);
   }
 }             
}

int LeerTeclado(){
  /* Devuelve el valor de la tecla pulsada
  Entradas=0
  Salidas=Pulsador(1-10,99)
  Cuando no se acciona ninguna tecla devuelve 99.
  */
  int TecladoValor =0;
  int Pulsador=0;
  TecladoValor = analogRead(TecladoPin);  
  if (TecladoValor>938) {
   Pulsador=4;
  }
 else if (TecladoValor>792) {
   Pulsador=3;
 }
 else if (TecladoValor>685) {
   Pulsador=2;
 }
 else if (TecladoValor>614) {
   Pulsador=1;
 }
 else if (TecladoValor>521) {
   Pulsador=10;
 }
 else if (TecladoValor>500) {
   Pulsador=99;
 }
 else if (TecladoValor>418) {
   Pulsador=5;
 }
  else if (TecladoValor>337) {
   Pulsador=6;
 }
 else if (TecladoValor>230) {
   Pulsador=7;
 }
 else if (TecladoValor>84) {
   Pulsador=8;
 }
 else if (TecladoValor>0) {
   Pulsador=9;
 }
return Pulsador;
}

Y por fin el programa funcionando:

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Notas
Para la realización de este proyecto se han utilizado los programas: Arduino, Inkscape, Openoffice, Gimp, Picasa, Fritzing
Si encuentras algún fallo, se te ocurre alguna mejora, o simplemente quieres hacer algún comentario, te lo agradeceré: Gracias.  :-)