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Juegos Robótica episodio 32. Comunicación por infrarrojos.
Bienvenidos a Juegos Robótica, el podcast en el que hablamos de robótica educativa, iniciación a la programación, aplicaciones para docentes, entornos de programación para niños y en general todo lo que tiene que ver con despertar la curiosidad de los más jóvenes por la programación y la tecnología para que se conviertan en creadores y no en meros consumidores.
Como ya sabes este podcast es un reflejo sonoro de los contenidos y cursos que puedes encontrar en juegosrobotica.es
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He pensado que no estaría mal hacer algunos artículos más técnicos sobre ciertas tecnologías, sensores y soluciones electrónicas. Espero vuestras opiniones para saber si os resulta interesante este tipo de artículo o si por el contrario se hace un poco pesado.
Como primer tema dentro de esta sección he elegido la comunicación infrarroja aprovechando que mañana comienza el curso de comunicación entre robots Makeblock dentro de la plataforma de cursos.
Aunque también podríamos comunicar los robots mediante comunicación serie, para este curso vamos a utilizar la comunicación mediante infrarrojos, que es más sencilla de implementar mediante programación por bloques.
Cuando hablamos de comunicación por infrarrojos estamos hablando de una comunicación inalámbrica que se realiza por medio de ondas electromagnéticas de unas determinadas características.
Para diferenciar y clasificar los diferentes tipos de ondas electromagnéticas nos fijamos en la frecuencia.
Si pensáis en una onda oscilante la frecuencia viene determinada por el tiempo que tarda la señal en realizar una oscilación. En una gráfica si comparamos una señal con una frecuencia muy alta y una con una frecuencia muy baja veremos que la señal con mayor frecuencia está más comprimida a lo largo del tiempo, puesto que su oscilación o repetición se produce en menor tiempo que la de frecuencia más baja.
Se puede hablar de frecuencia o de longitud de onda, y estamos hablando del mismo concepto aunque son inversamente proporcionales.
Piensa en una cuerda cuando la movemos para que asemeje a una serpiente ondulante. Esa cuerda la moveremos repetidamente de izquierda a derecha y viceversa o de arriba a abajo y viceversa, con una determinada frecuencia.
Si la movemos muy lentamente creamos ondas muy anchas (mucha longitud de onda) pero si la movemos muy rápido las ondas son más estrechitas (poca longitud de onda).
Esa es la relación: a mayor frecuencia la longitud de onda es más pequeña, y a menor frecuencia la longitud de onda es más grande.
Dentro de todo el conjunto de ondas con infinitas frecuencias se han definido una serie de espectros para facilitar su clasificación.
El espectro de luz infrarroja, se situaría en una zona intermedia dentro de la clasificación de ondas electromagnéticas a nivel de frecuencia.
Las ondas emitidas con una frecuencia por encima de la infrarroja son las ondas visibles, como por ejemplo la de la luz del sol. Las de frecuencia más baja no se ven, por ejemplo las de la radio, pero lógicamente que no se vean no quiere decir que no existan.
Las ondas del espectro infrarrojo se sitúan entre la luz visible y las ondas de radio no visibles y de hecho al estar en esa frontera tienen la característica de que no son visibles para el ojo humano pero sí que podemos ver la luz infrarroja a través del objetivo de un teléfono móvil o una cámara digital.
La comunicación infrarroja se utiliza de manera prácticamente universal en los mandos a distancia de las televisiones, por lo que si visualizas la parte frontal de tu mando a distancia a través de tu teléfono móvil podrás ver una luz morada cuando pulsas uno de los botones del mando.
Lo más fácil para entender la comunicación por infrarrojos es que pensemos en luz, aunque sea invisible para nosotros.
De esta manera podemos entender algo básico en este tipo de comunicación, que tanto emisor como receptor deben “verse” para poder establecer comunicación. Cuando digo verse quiero decir que tengan contacto visual, no debe haber ningún objeto opaco que dificulte el espacio entre emisor y receptor.
A diferencia de las ondas electromagnéticas de menor frecuencia, como pueden ser las de radio, las ondas del espectro infrarrojo no pueden atravesar objetos opacos.
En el ejemplo de la televisión el emisor es el mando a distancia, y el receptor la televisión. Intenta cambiar de canal tapando de alguna forma el mando a distancia y comprobarás que las órdenes no llegan a la televisión por muy cerca que estés. Igualmente podrías tapar el receptor de tu televisión obteniendo el mismo resultado, aunque normalmente resulta más complicado localizar su ubicación.
Igual que ocurre con la luz visible, la luz infrarroja es capaz de reflejarse en las superficies por lo que aunque dirijas el mando en una dirección que no sea directamente a la televisión, podrás seguir cambiando de canal, aunque con más dificultad que si diriges el mando directamente a la televisión.
La transmisión de datos se realiza de manera binaria entendiendo un 0 si no hay luz infrarroja y un 1 si hay luz infrarroja. Posteriormente cada sistema puede codificar esa información de una manera u otra.
Por ejemplo, tal y como veremos en el curso que empezamos mañana, en los robots Makeblock los mensajes se codifican formando un código decimal que en el caso de la comunicación directa son los códigos de caracteres definidos por el sistema de código ASCII.
El sistema de comunicación por infrarrojos tiene ventajas y desventajas, por lo que hay que estudiar en cada caso si es la mejor manera de transmitir datos.
Entre las ventajas destaca que es un sistema de muy bajo coste y que consume muy poca energía. Al utilizar luz, los sistemas Infrarrojos de comunicaciones cuentan con un canal cuyo potencial de ancho de banda es muy grande y no están regulados en ninguna parte del planeta. Además, los sistemas infrarrojos de comunicaciones son inmunes a interferencias y ruido de tipo radioeléctrico.
En cuanto a las desventajas, tal y como ya hemos visto, se necesita que emisor y receptor estén relativamente cerca y sin objetos por en medio que dificulten el paso de la luz.
Además, aunque en general se define como un sistema que consume poca energía, también es verdad que normalmente necesitamos que el receptor esté siempre alerta de que le pueda llegar luz con una señal de datos, por lo que está consumiendo energía de manera permanente.
Aplicado a la robótica y la automatización los sistemas de comunicación por infrarrojos se suelen utilizar cuando el coste que supondría utilizar otro tipo de método no es justificable o cuando se necesite teniendo en cuenta los pros y contras que hemos visto.
Juegos muy económicos que requieren un control remoto utilizan comunicación infrarroja, sin embargo a poco que se pueda justificar el gasto se utiliza controles por ondas de radio que permiten alcanzar mayor distancia.
En el caso de una televisión utilizar ondas de radio en el mando supondría un mayor gasto de las pilas además de que se tendría que codificar cada mando individual con su televisión, para no interferir en la televisión del vecino puesto que las ondas de radio sí pueden atravesar las paredes.
En robótica educativa utilizamos constantemente la comunicación serie a través de cable USB para comunicar nuestro ordenador con el kit de robótica para cargar programas por ejemplo.
En el caso de necesitar comunicación inalámbrica solemos optar por la comunicación Bluetooth por ejemplo para manejar un robot a través de un teléfono móvil.
Sin embargo cuando tenemos que hacer uso de un mando a distancia es bastante habitual utilizar comunicación por infrarrojos sobretodo pensando en bajo coste.
Los mandos por infrarrojos son muy populares por ejemplo en aplicaciones que hagamos con Arduino, por su sencillez y precio.
En los robots mBot y Codey Rocky de Makeblock se incluye un emisor y un receptor de infrarrojos lo cual nos va a permitir tener una comunicación bidireccional entre esos robots.
Además con mBot se incluye un mando a distancia de manera que el mando funciona como emisor de infrarrojos y el robot utiliza el receptor de infrarrojos que tiene incorporado para leer las señales del mando.
El kit Ranger, pese a ser más caro que mBot o Codey Rocky no incorpora comunicación por infrarrojos ni mando lógicamente.
A pesar de ello existe un kit de comunicación que se puede adquirir como accesorio por poco más de 10€ y que se compone de un receptor de infrarrojos y de un mando a distancia.
Este kit requiere de una programación menos intuitiva que la que se utiliza con mBot para leer las señales del mando, pero nos va a permitir darle más posibilidades a Ranger dotándolo de capacidad para ser comandado por control remoto.
Al decir comandado por control remoto no me refiero únicamente a que vamos a poder hacer que se mueva a través del mando, sino que seremos capaces de darle las órdenes que queramos y tengamos programadas en el robot.
Por ejemplo en el reto 30 en el que utilizamos mBot para hacer una maqueta de un ascensor, se utilizó el mando a distancia para indicar al robot el piso en el que queríamos situar la cabina del ascensor.
La limitación al utilizar este accesorio de receptor de infrarrojo con Ranger es precisamente que es únicamente receptor, por lo que no va a poder enviar señales de infrarrojos sino que sólo puede recibirlas.
Esto limita la comunicación y no podemos comunicar un robot Ranger con otro Ranger a pesar de disponer de este accesorio.
La buena noticia es que seremos capaces de comunicar mBot o Codey Rocky con Ranger, aunque siempre teniendo a Ranger como receptor.
Tal y como veremos en el curso que empezamos mañana en ese caso deberemos hacer que mBot o Codey Rocky trabajen como lo hace el mando a distancia, utilizando sus mismos códigos que son diferentes a los utilizados en la comunicación entre robots.
Por eso es bueno no sólo conocer los bloques que tenemos disponibles para programar la comunicación por infrarrojos, sino también entender bien la codificación que se realiza en cada caso para poder hacer que diferentes robots se puedan comunicar.
Espero tus comentarios para saber si te gustaría tener artículos más técnicos cada cierto tiempo o si te parece algo denso, y por supuesto cualquier sugerencia que tengas sobre los temas que quieras que tratemos en el podcast será muy bienvenida.
Nos escuchamos en un próximo episodio viendo algún tema más técnico, analizando un entorno de programación, repasando algún kit de robótica educativa o cualquier otra herramienta que nos ayude en el aprendizaje de la programación y la robótica.
Hasta entonces que tengas una feliz semana, nos vemos en siete días… adiós!
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