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jueves, 11 de agosto de 2022

Simulador Wokwi - Generalidades

Bienvenido a mi blog, hoy hablaremos un poco del Simulador gratuito y online Wokwi, durante el primer semestre del año 2021 se generó bastante información sobre la Raspberry Pi Pico y su nuevo microcontrolador, el RP2040; uno de los recursos que se vio en ese momento fue un curso de HackadayU dictado por Uri Shaked, Maker y Google Developer Expert Israelí, en el curso, el señor Uri discute la arquitectura del microcontrolador, el set de instrucciones, así como algunas funciones del RP2040, su programación y depuración. Aunque el curso es muy interesante, lo que llamó especialmente la atención fue la herramienta que el señor Uri estaba usando para mostrar los ejemplos en sus clases, un simulador electrónico en línea, que le permitía escribir y correr el código en una tarjeta Raspberry Pi Pico emulada.

Debido a que el simulador wokwi funciona online, mediante la world wide web, puede correr en Windows, MAC, Linux y Android.

¿Qué significa Wokwi?

Wokwi no tiene ningún significado especial, tampoco es un acrónimo, simplemente es una palabra que sus creadores eligieron, por ser una palabra corta y fácil de pronunciar.

¿Cómo conocimos Wokwi?

Wokwi fue conocido inicialmente por la creación de placas compatibles con Arduino UNO Rev3, llamadas Arduino Wokwi, bueno, solamente Wokwi, ya que el nombre Arduino y su logo, como sabemos, son marcas registradas, estas placas Wokwi presentan la particularidad de usar un conector de entrada USB Tipo C (en lugar del USB Hembra Tipo B) y una bonita combinación de headers de colores (recordemos que estas placas actualmente aún están a la venta en Tindie):

Arduino Wokwi

Este fantástico simulador Wokwi, gratuito, online y de código abierto en JavaScript, fue desarrollado por el mismo señor Uri Shaked y otros colaboradores. El simulador permite trabajar con algunas de las versiones más populares de las tarjetas Arduino (como UNO, NANO y Mega2560), con la Raspberry Pi Pico, ESP32, en C++, Micropython y Rust, y algunos miembros de la familia ATtiny y hasta otros microcontroladores de la familia STMicroelectronics.. Además, cuenta con un buen grupo de periféricos comúnmente usados en los proyectos de electrónica, a esto se suma la ventaja de no tener que esperar a tener todo el hardware en las manos para comenzar las pruebas y que no vamos a poder dañar nada durante las pruebas, al trabajar con un hardware virtual.

Home Page Wokwi

El simulador es muy fácil de usar, tiene un área para agregar el código y otra con el diagrama del circuito electrónico simulado. En el área del código se puede escribir el programa, conectar las librerías del proyecto y editar el archivo diagram.json que describe la estructura y conexiones del circuito simulado. En el área del circuito se agregan los componentes y se hacen las conexiones necesarias entre los elementos y/o el hardware.

El sitio web del simulador tiene varios circuitos y programas de ejemplo, así como la opción de permitirnos publicar nuestros propios proyectos. Un dato importante es que, en este momento, el simulador es de uso gratuito, aunque hay algunas opciones de pago al estilo de una membresía premium y que permiten hacer sugerencias sobre el desarrollo del simulador y acceder a funciones avanzadas, las cuales comprenden:

Cargar cualquier biblioteca de Arduino seleccionando una carpeta de su computadora.
Cargar archivos binarios personalizados (por ejemplo, mapas de bits, sonidos, etc.) al sistema de archivos de la tarjeta microSD emulada.
Conectar el ESP32 WiFi a tu red local.
Conocer a miembros del Club Wokwi con ideas afines en el canal de Discord.

Ojo, recordemos que estas funciones avanzadas solo están habilitadas para usuarios de pago, los cuales pueden pagar solo un mes, si lo desean, o todo un año completo con el 20% de descuento. Actualmente al momento de escribir este post, el mes esta a 7 dólares, los cuales se pueden pagar, o vía paypal o con tarjeta de crédito.

Librerías Arduino Integradas Standard, embebidas en Wokwi.

De forma predeterminada, Wokwi compila su código con las bibliotecas Arduino integradas estándar, (como Wire.h y SPI.h) si desea trabajar con alguna librería que no sea estándar, como por ejemplo <OLED_I2C.h> deberá ser usuario premium para poder exportarla.

Wokwi Enviroment

¿Por qué Wokwi?

Comience ahora mismo. No hay que esperar por los componentes ni descargar pesados software de simulación. Con solo su navegador de internet o browser, tiene todo lo que necesita para comenzar a codificar su próximo proyecto electrónico microcontrolado o de IoT, en segundos.

Los errores están bien. No se puede destruir el hardware virtual. Así que no te preocupes por freír tus preciados componentes. Y a diferencia del hardware real, siempre puedes deshacer.

Fácil de obtener ayuda y comentarios. Compartir un enlace a su proyecto Wokwi es todo lo que necesita.

Gana confianza en tu código. Problemas de hardware y software separados.

Comunidad amigable con los creadores. Un lugar para que compartas tus proyectos, pidas ayuda y te inspires. Comunidad Wokwi Discord

Funciones únicas:

Simulación WiFi: conecte su proyecto simulado a Internet. Puede usar MQTT, HTTP, NTP y muchos otros protocolos de red.
Analizador lógico virtual: capture señales digitales en su simulación (por ejemplo, UART, I2C, SPI) y analícelas en su computadora.
Depuración avanzada con GDB: potente depurador Arduino y Raspberry Pi Pico para usuarios avanzados.
Simulación de tarjeta SD: almacene y recupere archivos y directorios de su código. Los miembros del club también pueden cargar archivos binarios (como imágenes).

Veamos ahora en el siguiente video de YouTube, un ejemplo básico de como usar el simulador wokwi:

Extensión Wokwi para Visual Studio Code

Wokwi para Visual Studio Code proporciona una solución de simulación para ingenieros, de sistemas integrados y de IoT. La extensión se integra con su entorno de desarrollo existente, lo que le permite simular sus proyectos directamente desde su editor de código. Puede usar Wokwi para VS Code con Zehpyr Project, PlatformIO, ESP-IDF, Pi Pico SDK, NuttX, Rust, Arduino CLI y otros marcos de desarrollo integrados y cadenas de herramientas.

Instalación

Primero, instale la extensión Wokwi for VS Code. Luego, presione y seleccione "Wokwi: Solicitar una nueva licencia". VS Code le pedirá que abra el sitio web de Wokwi en su navegador. Confirme haciendo clic en "Abrir" F1. Luego haga clic en el botón púrpura que dice "OBTENGA SU LICENCIA". Es posible que se le pida que inicie sesión en su cuenta de Wokwi. Si no tiene una cuenta, puede crear una de forma gratuita.

El navegador le pedirá una confirmación para enviar la licencia a VS Code. Confirmar (es posible que tenga que confirmar dos veces, una vez en el navegador y una vez en VS Code). Verá un mensaje en VS Code que dice "Licencia activada para [su nombre]". ¡Felicidades!.

Cabe destacar que para poder trabajar con la extension Wokwi para Visual Studio Code se necesita minimo la versión 1.72.0 ó superior.

Finalmente antes de simular cualquier proyecto, debes compilar el código y generar el archivo de firmware/ELF. La extensión Arduino de VS Code requiere Arduino IDE 1.8 o Arduino CLI instalado. No funciona (todavía) con Arduino IDE 2.0.

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Recuerda que en https://jorgechac.blogspot.com nos dedicamos a construir una electrónica mejor! y apoyamos el proyecto CTC GO! (Creative Technologies in the Classroom) que es un programa de educación steam personalizable.

Bibliografía:

https://docs.wokwi.com/

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viernes, 25 de septiembre de 2020

Convierte facilmente una Fuente ATX de PC en una Fuente para alimentar tus proyectos Arduino y/o Raspberry Pi

Bienvenido a mi blog, hoy hablaremos un poco de como convertir fácilmente una fuente ATX de PC, en una fuente para alimentar nuestros proyectos Arduino, ESP32 y/o Raspberry Pi, dado que dicha fuente es altamente comercial y proporciona un buen amperaje, además de ser muy fiable y manejar distintos niveles de voltaje tanto positivos como negativos.

El voltaje negativo es un componente importante de la electrónica. Se utiliza muchas veces para varios tipos de proyectos educativos y profesionales.

Un ejemplo donde se utiliza voltaje negativo es para amplificadores operacionales de alimentación dual. Muchas veces, estos amplificadores se ocupan de las señales de Corriente Alterna CA. Por lo tanto, es necesario establecer carriles positivos y negativos; Y se establecen a través de tensiones CC positivas y negativas. Por lo tanto, muchos chips incluyendo el popular amplificador operacional LM741 hacen uso de voltajes negativos.

Otro lugar donde se usan voltajes negativos es para varios tipos de transistores. Por ejemplo, con un JFET de canal N, la tensión negativa a la base del transistor provoca la interrupción de la corriente en la salida. Por lo tanto, el voltaje negativo hace que el transistor se apague (recuerda que el JFET es un transistor de efecto de campo de juntura o unión, que puede ser usado como interruptor electrónicamente controlado, amplificador o resistencia controlada por voltaje). Para un MOSFET del tipo de realce de canal P, el voltaje negativo hace que el transistor se active, para un MOSFET de empobrecimiento o de tipo deplexión de canal P, el voltaje negativo hace que el transistor se apague.

El proceso es simple y sencillo, se diseño una placa pcb que toma el conector molex de 24 pines de la fuente ATX y lo adapta a conectores de donde podamos tomar dichos voltajes fácilmente y alimentar nuestros proyectos Arduino, ESP32 y/o Raspberry Pi, así como servomotores, motoreductores, relés, optoacopladores. triacs, transistores bipolares de puerta aislada (IGBT's) etc. Conozcamos ahora la 24 pines atx power board:

Esta placa de alimentación, fue creada para proporcionar un acceso rápido a los voltajes típicos necesarios al desarrollar proyectos con Arduino, ESP32 y/o Raspberry Pi. Después de adquirirla, tendrás acceso a cuatro voltajes diferentes (+3,3Vcc, +5Vcc, +12Vcc y -12Vcc) cada uno con su propio fusible reemplazable y conectores de salida tipo poste de rosca.

La placa debe estar alimentada por una fuente ATX de ordenador estándar con un conector molex de 24 pines, el conector en sí mismo, específicamente, es un tipo Molex 39-01-2240, generalmente llamado Molex Mini-fit Jr, además la placa cuenta con un led indicador de energizado e interruptor de encendido/apagado.

Compra ya la tuya aquí

24 Pines ATX Power Board - Cortesía TechOKOK

Recordemos que tanto el amperaje, como la potencia, dependerán de la fuente ATX con que alimentemos la placa, aunque en la mayoría de casos nos encontraremos con valores típicos como:

Por los hilos amarillos ... +12Vcc / 20A

Por los hilos rojos .......... +5Vcc / 19A

Por los hilos naranjas .... +3.3Vcc / 19A

Por el hilo celeste ........... -12Vcc / 500mA

Pero no todas las fuentes son iguales, algunas proporcionan más amperaje por determinadas salidas, así que es solo una guía y lo mejor es referirse al sticker o etiqueta que trae cada fuente de poder.

Finalmente si lo que deseas es hacer tu mismo la placa, cuentas con el Software Proteus, el cual ya ha sido publicado en este blog, junto a una variada colección de librerías 3D:

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jueves, 2 de julio de 2020

Conociendo La Familia de los Módulos WiFi ESP8266

Bienvenido a mi blog, hoy hablaremos un poco del ESP8266, que se trata de un chip integrado con conexión WiFi, compatible con el protocolo TCP/IP y capacidad de MCU. El objetivo principal es dar acceso a cualquier microcontrolador a una red inhalambrica. La gran ventaja del ESP8266 es su bajo consumo. La empresa que lo creo y lo fabrica es Espressif, una empresa China situada en Shangai. Primero que todo debemos distinguir entre módulo y microcontrolador. El ESP8266 es un microcontrolador. Podemos trabajar con el suelto, o podemos comprarlo integrado dentro de un PCB (Printed Circuit Board o Circuito Impreso) donde lo encontraremos acompañado de un radio modem wifi con antena, una memoria flash y terminales para conectarlo. Ocurre lo mismo que con Arduino, tenemos la posibilidad de comprar un microcontrolador Atmel al que le podemos quemar el bootloader de Arduino o comprar una placa Arduino donde ya viene integrado.

Especificaciones de los chip's ESP8266

Lo primero que debemos hacer cuando adquirimos un nuevo componente es mirar la hoja de especificaciones técnicas o datasheet. La empresa Espressif nos facilita dicha hoja en Inglés. Hay 2 modelos de ESP8266 ESP-01 viejo y nuevo. El azul es viejo y el negro es nuevo. A continuación haré un resumen de lo más importante:

Hardware:

Utiliza una CPU Tensilica Xtensa LX106 32-bit
Voltaje de operación entre 3V y 3,6V de DC
Corriente de operación 80 mA
Temperatura de operación -40ºC y 125ºC
Frecuencia de reloj: 80 MHz
RAM de instrucción: 64 KiB
RAM de datos: 96 KiB
Memoria Flash: 512 KiB (se extiende hasta 16 MiB)
Protocolos Wi-Fi: 802.11 b/g/n
Voltaje de funcionamiento: 2,5 V ~ 3,6 V
Corriente de funcionamiento: 80 mA (valor promedio)
Temperatura de almacenamiento u operación: -40 ° C ~ 125 ° C

Conectividad:

Soporta IPv4 y los protocolos TCP/UDP/HTTP/FTP
No soporta HTTPS en un principio. Si que lo hace mediante software tanto en cliente como servidor TLS1.2. La primera implementación está todavía en desarrollo.

Puertos GPIO (de propósito general):

Pueden ser configurados con resistencia Pull-up o Pull-down.
Soportan los principales buses de comunicación (SPI, I2C, UART).

Características eléctricas

Voltaje de trabajo entre 2,5V y 3,6Vcc.

Consumos

Dependerá de diferentes factores como el modo en el que esté trabajando el ESP8266, de los protocolos que estemos utilizando, de la calidad de la señal WiFi y sobre todo de si enviamos o recibimos información a través de la red WiFi. Oscilan entre los 0,5 μA (microamperios) cuando el dispositivo está apagado y los 170 mA cuando transmitimos a tope de señal.

Modos de operación

Debido a los sectores a los que va enfocado, wereables, dispositivos del IoT y móviles, el ESP8266 requiere de una gestión de energía eficaz. Dispone de una arquitectura de bajo consumo que trabaja en 3 modos:

Active Mode o Modo Activo: A pleno rendimiento.
Sleep Mode o Modo Dormido: solo el RTC (Real Time Clock) está activo para mantener la sincronización. Se queda en modo alerta de los posibles eventos que le hagan despertar. Mantiene en memoria los datos de conexión y así no hace falta volver a establecer la conexión con la red WiFi. Consume entre 0,6 mA y 1 mA.
Deep Sleep o Modo en Sueño Profundo: el RTC está encendido pero no operativo. Debe pasar por el modo dormido antes de despertar. Hay que tener especial cuidado con los datos ya que en este estado es como si estuviera apagado y todos los datos que no estén almacenados se pierden. Consume alrededor de 20 μA.

Modelos de Módulos ESP;

Al igual que con Arduino, donde trabajamos con la placa o circuito integrado, con el ESP8266 ocurre exactamente lo mismo. El fabricante AI-Thinker proporciona la serie ESP con diferentes modelos para diferentes usos. A parte han ido surgiendo diferentes placas que incorporan algún módulo ESP como el NodeMCU.

ESP-01

Se trata del módulo más popular. El módulo ESP-01 tiene un precio muy reducido. Tiene disponible dos pines GPIO digitales para controlar sensores y actuadores. También se puede llegar a utilizar para este uso los pines Rx y Tx si no se utilizan para la comunicación a través del puerto serie. Se puede programar a través de un adaptador serie/USB o con el cableado adecuado, a través de Arduino. Lo podemos usar como un dispositivo autónomo o como complemento con Arduino.

Otra forma de instalar los pines macho si deseas conectar el modulo a un protoboard para realizar pruebas

IMPORTANTE:

El ESP8266 va alimentado a +3,3VDC ¡no alimentarlo con 5 voltios o lo quemaremos!
Dicha fuente de voltaje de 3V3 debe ser capaz de suministrar más de 200mA.
El ESP8266 necesita comunicarse vía serie a +3.3V y no tiene entradas tolerantes 5V, por lo que necesita la conversión de nivel para comunicarse con un microcontrolador 5V como la mayoría de los Arduinos. Sin embargo, esta segunda advertencia puede ser ignorada y conectar el puerto serie directamente a Arduino, pero existe el peligro de dañar el módulo. Con un programador FTDI que tenga salida a 3.3V podemos hacer lo mismo que con un Arduino pero sin correr ningún peligro:

En todos los módelos de ESP8266 si al arrancar el módulo, el GPIO cero está a GND, el módulo entra en modo de programación, por lo que el microcontrolador no inicia el programa, así que este pin no conviene usarlo como entrada sino como salida.

Que hay dentro de un módulo ESP8266?

ESP-05

Quizás sea el módulo más simple de toda la gama. Está destinado a ser un Shield WiFi para Arduino. La disposición de los pines nos permiten un fácil conexionado con el protoboard. Por el contrario no dispone de ningún puerto GPIO accesible. Solo tiene terminales para comunicación serie, es decir, convierte la señal wifi a comunicación serie.

ESP-12

Este módulo permite hacer bastantes más cosas que los módulos anteriores. Lo puedes conseguir por un precio muy reducido. Tenemos acceso a 11 puertos GPIO de los cuales uno es analógico con una resolución de 10-bit (1024 valores posibles). La configuración en modo sleep es muy sencilla. Esto nos permitirá ahorrar mucha energía. Por el contrario, la conexión con la protoboard no es muy amigable. Necesitamos soldar los pines o comprar un adaptador, aunque también hay que soldar. Quizás está sea la mejor opción si queremos hacerlo funcionar de forma autónoma.

ESP-201

Es el módulo preferido por los Makers para prototipar. En principio solo podemos acceder a 11 puertos GPIO pero tras unas modificaciones, podríamos acceder a un par más de ellos. Lo podemos encajar fácilmente en un protoboard y permite el acople de una antena externa para tener más alcance.

NodeMCU

NodeMCU es un nombre que recoge tanto un firmware Open Source, como una placa de desarrollo basados en el ESP8266. La página oficial de NodeMCU está disponible en https://www.nodemcu.com/index_en.html

En principio el nombre NodeMCU se refería principalmente al firmware. Actualmente esto se ha invertido y cuando hablamos de NodeMCU normalmente nos referimos a la placa de desarrollo. El firmware NodeMCU fue creado poco después de aparecer el ESP8266, el 30 de diciembre de 2013. Unos meses después, en octubre de 2014 se publicó la primera versión del firmware NodeMCU en Github. Dos meses más tarde se publicaba la primera placa de desarrollo NodeMCU, denominada devkit v0.9, siendo también Open Hardware. El firmware NodeMCU podía grabarse en un ESP8266, tras lo cual podíamos programarlo con el lenguaje script Lua. La programación en Lua permitía la conexión y programación del ESP8266 de una forma mucho más sencilla que las herramientas oficiales proporcionadas por Espressif.

Con el paso del tiempo y la aparición de otras alternativas para programar el ESP8266, como (especialmente) con C++ con el entorno Arduino IDE y otras como MicroPython, el interés en Lua disminuyo considerablemente.

El NodeMCU es el módulo más característico, a diferencia de los otros módulos, viene con todo lo necesario para empezar a trabajar de forma autónoma. Incluye un adaptador serie/USB, por lo general el famoso CP2102 o el CH340 y se alimenta a través de un puerto microusb y está basado en el ESP-12E, aunque tambien se encuentran otras versiones con el ESP12F. Lo más interesante del módulo nodeMCU es que puedes descargar un firmware que te permite programarlo en lenguajes como LUA, Python, Basic, JavaScript e incluso desde el mismo IDE de Arduino. Sin duda alguna este módulo es la mejor opción si queremos adentrarnos en el mundo del ESP8266.

Por resumir, tenemos tres principales fabricantes de NodeMCU: Amica, Lolin/Wemos y DOIT/SmartArduino. Las placas son muy similares (o incluso idénticas), aunque pueden tener alguna diferencia de designación de los pines.

Programación del ESP8266

En la actualidad es relativamente sencillo programar un ESP8266. Respecto al hardware ya hemos visto que dependerá del modelo que estemos utilizando, si incorpora o no el adaptador serie/USB o si deberemos usar un programador FTDI. Aún así, cabe la posibilidad de programarlo a través del IDE (Integrated Development Environment – Entorno de Desarrollo Integrado) de Arduino. Para eso hay que instalar lo que se llama un plugin, en el que está incluido todo lo necesario para compilar y subir programas que fueron escritos tal como si fuesen .INO de Arduino. Debemos incorporar bibliotecas y los programas de manejo de las placas con el chip ESP8266 a nuestro IDE. La versión del firmware que viene por defecto soporta comandos AT (conjunto de comandos estándar).

En GitHub encontramos una infinidad de librerías que nos facilitarán la vida con los módulos ESP8266.

Finalmente espero que este post te haya aclarado un poco qué es y para qué utilizar el ESP8266. Cabe destacar que la misma empresa Espressif Systems, ha desarrollado un nuevo chip SoC módulo ESP32, el cúal nos suministra conexión wifi y bluetooth en un solo módulo, de esta forma los módulos esp8266, aunque aún se utilizan y se venden, se iran descontinuando con el tiempo poco a poco.