Fundamentos de Arquitectura de Computadores y Automatización con Arduino

1. Definiciones y Justificación

• Interconexión del Módulo E/S: Es el mecanismo mediante el cual los dispositivos periféricos (teclado, mouse, disco, impresora, etc.) se comunican con el procesador y la memoria a través del bus del sistema. Justificación: Es necesaria porque los dispositivos de E/S trabajan a velocidades y formatos diferentes a los del procesador.
• Interconexión del Procesador: Es el conjunto de buses y conexiones internas que permiten la comunicación entre la Unidad de Control, la ALU, los registros, la memoria y los dispositivos de entrada/salida. Justificación: Permite que el procesador obtenga instrucciones, procese datos y envíe resultados de manera rápida y organizada.
• Jerarquía de los buses de la computadora: Es la organización de los distintos buses de una computadora según su velocidad y función para facilitar la comunicación entre el procesador, la memoria y los dispositivos de E/S. Justificación: Se utiliza una jerarquía porque no todos los componentes requieren la misma velocidad de comunicación.

Ejemplos de buses: Bus del Procesador, Bus de Memoria, Bus de E/S.

2. Especificaciones Técnicas: Computador-Servidor y Red LAN

Un computador-servidor debe contar con las siguientes características:

• Procesador: Intel Xeon o AMD EPYC de múltiples núcleos.
• Memoria RAM: 16 GB o más.
• Almacenamiento: Discos SSD o configuración RAID para mayor velocidad y seguridad.
• Tarjeta de red: Ethernet Gigabit (1 Gbps).
• Sistema Operativo: Windows Server o Linux Server.
• Fuente de alimentación: Redundante para garantizar alta disponibilidad.

Gráfica de red: En una topología estrella, todos los equipos se conectan a un dispositivo central (switch). Si una computadora falla, las demás continúan funcionando normalmente, lo que facilita la administración y el mantenimiento de la red.

3. Lógica de Control y Arduino

Diagrama de flujo del sistema:

INICIO → Inicializar comunicación con la PC → Configurar Arduino, sensores y motores → Leer sensores → ¿Detecta objeto? → (Acción de motores) → Bucle continuo → FIN

Características técnicas del Arduino UNO

• Microcontrolador: ATmega328P
• Voltaje de operación: 5 V
• Voltaje de alimentación: 7 V a 12 V
• Frecuencia de reloj: 16 MHz
• Entradas/Salidas digitales: 14 pines (6 con PWM)
• Entradas analógicas: 6
• Memoria Flash: 32 KB | SRAM: 2 KB | EEPROM: 1 KB
• Comunicación: USB Serial
• Programación: Lenguaje C/C++ mediante Arduino IDE

Interacción entre PC, Arduino y Dispositivos

La computadora se comunica con el Arduino mediante una conexión USB (comunicación serial). El Arduino recibe señales de sensores de proximidad y, según la lógica programada, activa motores de corriente continua y motores paso a paso mediante controladores específicos.

Código de Control de Sensores y Motores

#define PASOS 200
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);
Stepper motor(PASOS, 8, 9, 10, 13);
int sensorProx = 7;
int sensorTemp = A0;
// ... (código de control)

4. Ejercicio de Automatización: Sistema de Riego y Climatización

Análisis del problema:

• Sensores (Entradas): Sensor de temperatura, sensor de humedad del suelo, sensor de intensidad de luz.
• Actuadores (Salidas): Sistema de riego (bomba), ventilador, iluminación LED.
• Interfaz: Display LCD.

Código Arduino: Sistema Automatizado

#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(12,11,5,4,3,2);
// Configuración de pines y lógica de control de riego, ventilación e iluminación

El programa inicia configurando los sensores, el display LCD y los actuadores. En un ciclo continuo, lee los valores ambientales. Si la humedad es baja, activa el riego; si la temperatura es alta, enciende el ventilador; y si la luz es escasa, activa los LED. Los datos se visualizan en el LCD cada segundo.