Comunicación serie con Arduino - Parte 1

Uno de los aspectos más interesantes en Arduino es lograr que esta placa se comunique con el exterior y pueda así intercambiar información. Una Arduino se comunica con otra Arduino o similar y también con cualquier tipo de computadora.

¿Cuál es el potencial de esta facilidad?: que Arduino, utilizando un programa específico, pueda recibir información del entorno que lo rodea a partir de sensores (luz, temperatura, presión, humedad, velocidad, etc.), pulsadores, detectores de presencia, interruptores entre otros. Luego, esta información se transmite a la PC donde con su propio software es capaz de manipularla, registrarla, representarla gráficamente, imprimirla y, en general realizar cualquier tipo de procesamiento sobre ella.

En  sentido inverso, la PC puede tomar decisiones en función de la información que recibe desde la Arduino, procesarla y responder con diferentes órdenes hacia la placa Arduino de modo que esta pueda activar/desactivar artefactos de iluminación, motores, un led, un relé, etc.

La Comunicación serie

La esencia de la comunicación entre una placa Arduino y el exterior es la transferencia de datos en la forma de dígitos binarios o “bits” (“0” o “1”). Básicamente, estos bits pueden transmitirse uno a continuación del otro (comunicación serie) o todos en el mismo momento (comunicación en paralelo). Arduino utiliza comunicación en serie.

La comunicación en serie necesita solamente de dos líneas de comunicación (o dos “hilos”) indicados como “Tx” para la transmisión de datos y “Rx” para la recepción de los mismos. En este esquema, Arduino transmite un dato por el hilo Tx que se conecta con la línea Rx de la PC por donde son recibidos por esta. En sentido inverso, Tx desde la PC envía los datos  a Rx de la Arduino con lo que la comunicación bidireccional es posible.

Si bien es posible transmitir cualquier cantidad de bits, se ha normalizado su transmisión a grupos de 8 bits o “1 Byte” y van circulando siempre desde el Tx de un dispositivo hacia Rx del otro y viceversa desde el Tx que los recibe hacia el Rx que originalmente los enviara tal como se observa en la figura anterior.

La velocidad de transferencia de los datos es un elemento sumamente importante y se mide en cantidad de bits transmitidos en 1 segundo. Por ejemplo, una velocidad de 1 bit en un segundo recibe el nombre de “1 Baudio”. Entonces, 8 bits (1 Byte) tardará 8 segundos en ser transmitido.

Arduino permite comunicaciones desde los 300 baudios hasta los 115.000 baudios, o 115.000 bits por segundo. En las experiencias propuestas se utilizará una velocidad de 9600 baudios, por considerarla fiable y de un valor compatible con la mayoría de los dispositivos con los cuales se podrá comunicar Arduino, como por ejemplo una PC.

Un aspecto importante en toda comunicación de datos desde un dispositivo a otro a través de un hilo es la necesidad de recibir correctamente los datos en el otro extremo. Para pequeñas cantidades de datos como las que estamos considerando esta técnica es muy útil y requiere mantener un alto grado de sincronización entre ambos extremos. Esto significa que el receptor debe conocer la velocidad a la que está recibiendo los datos de manera de poder recuperar cada bit correctamente y sin errores.

Esta técnica se conoce como transmisión asíncrona y funciona adecuadamente para cantidades de datos a transmitir que no sean excesivamente grandes ya que existe el peligro de perder la sincronización entre Tx y Rx.

Arduino transmite y recibe los datos a través del puerto USB (Universal Serial Bus), también un tipo de puerto serie. Por otra parte, Arduino Uno proporciona dos salidas digitales, “D0” y “D1” como líneas de Rx y Tx respectivamente por lo cual es posible conectar esta placa Arduino con otra placa Arduino o con cualquier otro microcontrolador que admita la comunicación serie y se adapte al protocolo “TTL”. 

Así, por ejemplo, se podrían controlar periféricos desde estas dos líneas digitales de entrada/salida. Internamente, parte de la electrónica presente en la placa Arduino Uno adapta estas señales a la especificación USB 2.0 de modo de lograr una comunicación con la PC a través de estos puertos.

En próximas entregas profundizaremos estos conceptos.