Proyecto con sensores capacitivos

El proyecto que vamos a contar en éste y el siguiente artículo tiene como objetivo crear un tablero de juegos orientado a niños de educación especial. Concretamente hicimos un montaje para asociar colores a sus correspondientes palabras escritas. Fue seleccionado entre los finalistas del Desafío STEM de entre más de 500 proyectos presentados. Todo un honor y una alegría tanto para los alumnos, como para sus profesores. Vamos a dejar que los protagonistas del proyecto (de izquierda a derecha Xavi Pérez, Claudio Flores, César Monge, Paula Sebastián y Leon Garcés) nos cuenten cuales eran sus objetivos iniciales:

El modo de funcionamiento del juego es el siguiente: al pulsar un botón aleatoriamente se muestra en una matriz de leds uno de entre 5 colores disponibles. A partir de aquí, el alumno tiene que pulsar en su correspondiente palabra. Si acierta se muestra en color verde en la matriz de leds y si se equivoca se muestra un aviso lumínico en la matriz para que vuelva a intentarlo.

Para realizar el proyecto necesitábamos los siguientes componentes:

  • 5 diseños impresos en 3D para cada uno de los 5 colores (blanco, rojo, verde, azul, morado). Para realizar los diseños 3D los alumnos utilizaron https://www.tinkercad.com
  • Sensor capacitivo. Debajo de las palabras impresas pegaremos un trozo de papel de aluminio, el cual va conectado a un cable que llevaremos al arduino. El sensor, al notar la presión al pulsar la palabra, enviará la señal al Arduino, para de esta forma nosotros conocer que dicha palabra ha sido pulsada, y poder comprobar si es correcto o no. + info sobre sensores capacitivos: https://goo.gl/uyKBc3
  • 1 matriz de leds 8×8. Podéis ver una muestra aquí https://goo.gl/a5OmHX . Habrá que programar los colores a mostrar en pantalla y mostrar si ha acertado o no.
  • 1 botón pulsador grande cuyo diseño fue hecho con varias piezas impresas en 3D. En su interior lleva un botón fin de carrera conectado a Arduino que nos indicará cuándo podemos mostrar un color aleatorio en la matriz de leds.
  • 1 Arduino UNO para conectar y programar toda la lógica programada

Una de las principales novedades en este montaje es el uso de los sensores capacitivos. En el siguiente video Xavi os explica un poco en detalle su funcionamiento con una práctica de montaje inicial que hicimos:

La otra novedad es la matriz de leds con su controladora, la cual comunmente la llamamos Colorduino. En el siguiente vídeo podéis ver a Claudio contando las primeras pruebas de la matriz en conjunto con el sensor capacitivo para que en función de si tocamos uno u otro, salgan dibujos diferentes en la matriz:

 

Los sensores capacitivos los colocamos debajo de las palabras impresas en 3D, con su cableado correspondiente hacia Arduino para que pueda ser programado. León nos cuenta la herramienta utilizada para crear estos diseños en 3D:

 

Con los diseños ya realizados… llegó el momento de imprimirlos con nuestras impresoras 3D. César nos lo cuenta en el mismo momento en que se estaban imprimiendo las primeras pruebas:

 

 

Con todos estos componentes probados en base a experiencias singulares, sólo nos quedaba por decir qué tipo de soporte queríamos utilizar para alojar todo el montaje final. Xavi y León nos cuentan las decisiones tomadas hasta llegar al consenso final:

 

Antes de empezar a realizar el montaje tenemos que hacer un montaje sólamente para cargar el firmware de la matriz de leds. Una vez cargado este programa que nos facilita el fabricante (lo comentaremos en el siguiente artículo) ya estaremos en condiciones de programar los colores de led a nuestro antojo de una forma más sencilla. El caso es que para subir este programa a la controladora de la matriz de leds hay que conectar el Arduino y el Colorduino según el siguiente esquema de conexión:

Arduino – Colorduino

  • TXD TXD Comunicación
  • RXD RXD Comunicación
  • RESET DTR Reset para empezar la descarga del firmware
  • 5V VDD Alimentación
  • GND GND Tierra

En el IDE de Arduino hay que configurar la placa como Arduino Duemilanove – Diecimila y procesador Atmega328, además hay que instalar la librería colorduino.h

Con este trabajo previo realizado ya podemos hacer nuestro cableado final entre ambos dispositivos. Sería según el siguiente esquema de conexión de Arduino-Colorduino.

Arduino(UNO) – Colorduino

  • Reset DTR
  • 5V VDD
  • GND GND
  • Analog 4 SDA
  • Analog 5 SCL

Sensores capacitivos con sus respectivos colores:

  • Verde → Pin 12
  • Morado→ Pin 4
  • Azul → Pin 6
  • Rojo → Pin 10
  • Blanco → Pin 8

Y por último, el botón pulsador en el Pin 13.

En la siguiente galería se pueden ver diferentes fotos tomadas para ver en detalle todo el montaje:

 

La verdad es que fue un proceso largo, realizado durante el trimestre y donde casi la parte más sencilla fue la programación… Alumnos y profesores nos encontramos con dificultades, que con paciencia e investigación fuimos superando. En el siguiente video podéis ver el montaje casi final, ya operativo, donde los alumnos cuentan estas dificultades y cómo las superaron:

 

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