Tinkercad simulador Arduino

Seguro que has utilizado más de una vez algún tipo de juego de vídeo que simula situaciones de la vida real. Tal vez hayas jugado con alguno que simula un juego de fútbol, de vida en sociedad o algún simulador de vuelo.

Es probable que muchas personas hayan empleado simuladores para su profesión, cirujanos, periodistas o granjeros. Y si te gusta la electrónica o realizar proyectos con Arduino, ESP8266 o ESP32, es factible que hayas utilizado algún simulador Arduino. Si no lo has hecho aún o no conoces Tinkercad, es la oportunidad para descubrir este magnífico software de simulación.

En este artículo vamos a explorar Tinkercad y a conocer muchas de sus características; acompáñame con tu lectura a conocer el mundo del software de la simulación electrónica.

Historia de los simuladores

La simulación por ordenador ha tenido una evolución paralela con la informática y los avances de la electrónica. Se considera que el primer simulador fue el «Simulador de Montecarlo», desarrollado por Stanislaw Ulam y Nicholas Metropolis en 1946, en el laboratorio nacional de Los Álamos en Estados Unidos y tuvo su aplicación en el Proyecto Manhattan durante la Segunda Guerra Mundial; como siempre, las guerras impulsando el desarrollo tecnológico de la humanidad.

Podemos decir que la simulación es el proceso de crear un modelo o representación de un sistema o proceso real con el fin de analizar su comportamiento y prever cómo se comportará en diferentes situaciones, es decir podemos aprender y cometer errores sin exponernos a daños físicos o echar a perder un equipo costoso.

Podemos utilizar la simulación en cualquier disciplina o actividad del ser humano, desde la ciencia, la tecnología, la arquitectura, el entretenimiento, la educación, hasta la planificación de negocios. Es más, algunas teorías afirman que vivimos en una simulación informática.

La realidad virtual, la realidad aumentada y la realidad mixta llevan un paso más allá la simulación informática.

En el campo de la ingeniería electrónica, el uso de simuladores nos permite hacer pruebas y cometer errores sin correr el riesgo de dañar algún circuito, también podemos cambiar componentes y observar lo qué sucede en el circuito; además si nos permite trabajar con Arduino, es ideal para aprender programación y electrónica aún sin comprar los componentes electrónicos que pueden ser costosos o difíciles de adquirir.

Aunque existe gran variedad de software de simulación electrónica disponible en el mercado, hemos escogido a Tinkercad por varias razones que iremos desglosando en el presente artículo.

Empecemos entonces.

¿Qué es Tinkercad?

Tinkercad es una aplicación de diseño asistido por ordenador, CAD (por sus siglas en inglés, Computer-Aided Design) en línea creada en el año 2011 por  Kai Backman y Mikko Mononen. Tres años después fue adquirida por la empresa Autodesk.

Tinkercad es una aplicación web gratuita que nos ofrece las siguientes funcionalidades.

• Diseño y modelado 3D

Es una herramienta en línea fácil de aprender y utilizar para crear diseños en 3D. Tiene una gran cantidad de formas predefinidas que se pueden usar para construir diseños más complejos. También tiene herramientas de medición y alineación que te ayudan a crear diseños precisos y simétricos.

Se exportan los diseños en varios formatos como el de estereolitografía, STL (del inglés, Stereolithography) para poder imprimirlos en una impresora 3D y puedes compartir esos diseños con la comunidad de Tinkercad.

• Diseño de circuitos eléctricos y electrónicos analógicos y digitales

Tinkercad nos permite diseñar y simular circuitos eléctricos y electrónicos sin la necesidad de tener componentes físicos.

Esta función se llama Tinkercad Circuitos y tiene una biblioteca de componentes eléctricos y electrónicos que incluyen resistencias, condensadores, diodos, transistores, circuitos integrados, sensores, microcontroladores y otros dispositivos electrónicos comunes. Así podemos simular y depurar diseños de circuitos sin tener que construir el circuito físicamente, lo cual es una gran ventaja ya que evitaremos gastos o compras innecesarias.

Tinkercad va guardando nuestros proyectos a medida que los realicemos, por tanto no hay necesidad de estar actualizando los cambios que hagamos, esto se hace de forma automática.

Ahora bien, lo que más nos interesa de Tinkercad es su capacidad para trabajar con simulación de Arduino, tanto en la parte del hardware, por ejemplo simulando una tarjeta Arduino UNO, como generando código en el lenguaje de programación Arduino para poder realizar nuestros proyectos. Al igual que con el IDE de Arduino podemos usar la comunicación serial para enviar y recibir datos seriales con el monitor serial y usar el plotter.

Así mismo, Tinkercad nos brinda la opción de realizar nuestros circuitos microcontrolados con Arduino mediante bloques de código.

• Bloques de código

En Tinkercad podemos utilizar una herramienta de programación visual que permite a los usuarios crear programas mediante la conexión de bloques gráficos en lugar de escribir código. De esta forma podemos escribir programas que den vida a nuestros diseños 3D fácilmente, mediante código basado en el lenguaje de programación visual «Codeblocks».

Los bloques se organizan en una interfaz intuitiva para que los usuarios pueden arrastrarlos y soltarlos para crear programas que controlen el comportamiento de los modelos 3D.

• Otras funcionalidades de Tinkercad

Diagramas esquemáticos

Un diagrama esquemático es una representación gráfica de los componentes de un circuito electrónico y sus conexiones. Podemos generar el esquemático de nuestros circuitos y descargarlos en PDF o exportarlos a otros programas de diseño de circuitos electrónicos para su uso posterior.

Programación con Micro:bit

Micro:bit es una placa electrónica pequeña y programable que se creó originalmente como parte de la iniciativa Make It Digital de la BBC, lanzada en 2014. Está diseñada para enseñar a niños y jóvenes sobre la electrónica y la programación.

La programación para Micro:bit se realiza en un entorno de programación basado en bloques; los usuarios no necesitan conocimientos previos de programación para comenzar.

Colaboración en línea

Ya que Tinkercad es una plataforma basada en la nube, los usuarios pueden compartir sus diseños con otros y colaborar en proyectos en línea. Esto permite a múltiples usuarios trabajar juntos en un mismo diseño o proyecto en tiempo real desde diferentes ubicaciones geográficas.

El trabajo colaborativo en línea con Tinkercad es una gran ventaja para aquellos que trabajan en equipo, ya que les permite trabajar en tiempo real y tener una comunicación más fluida sin la necesidad de reunirse físicamente.

Biblioteca de diseños comunitarios

La biblioteca de diseños es una colección de diseños en línea creados por usuarios de Tinkercad de todo el mundo. Tinkercad permite que los usuarios compartan de manera pública sus diseños o los conserven privados.

La biblioteca es una excelente manera de aprender nuevas técnicas de diseño de otros usuarios y utilizarlas en nuestros propios proyectos de diseño.

Tinkercad primeros pasos

Una de las grandes ventajas de Tinkercad es que no necesitas descargarlo para usarlo, solo deberás crear una cuenta e iniciar sesión para utilizar el programa.

Otra razón para usar Tinkercad es que puedes realizar muchas de sus funcionalidades de manera gratuita, aunque para otras requieres una suscripción a Tinkercad for Education. Cumpliendo algunos requisitos puedes conseguir una suscripción anual como estudiante, docente o institución educativa.

Vamos a centrarnos en el caso de que desees utilizar Tinkercad como un usuario independiente.

Crear una cuenta en Tinkercad

• Ingresamos al sitio web Tinkercad.com

• Seleccionamos la opción REGISTRARSE

• Para empezar a usar Tinkercad creamos nuestro perfil como docente, estudiante o en nuestro caso una cuenta personal.

• Podemos crear nuestra cuenta con Google, Apple o con un correo electrónico.

• La plataforma nos pedirá algunos datos.

• Colocamos nuestro correo electrónico y creamos una contraseña para Tinkercad.

• Y ya estará creada nuestra cuenta en Tinkercad.

• Finalmente, nos enviarán un correo de verificación.

• Al verificar nuestra cuenta ya podemos empezar a diseñar con Tinkercad.

¿Cómo crear circuitos en Tinkercad?

Vamos a entrar en Tinkercad con nuestro usuario y contraseña.

• Interfaz de usuario en Tinkercad

Cuando desees volver a la interfaz de inicio de Tinkercad solo debes dar clic en el logotipo de Tinkercad (señalado con la flecha roja en la imagen superior).

En Diseños encontramos las tres secciones en donde podemos trabajar: Diseños 3D, Circuitos y Bloques de Código.

En Aprendizajes puedes ver los tutoriales que hayas realizado del uso básico de Tinkercad.

En Clases los estudiantes de un colegio o instituto podrán unirse a una clase que ha sido creada previamente por un profesor mediante un código que el docente les haya asignado.

• Tutoriales en Tinkercad

Tinkercad da a los usuarios la posibilidad de aprender el uso básico de cada una de las tres funcionalidades que ofrece por medio de tutoriales cortos. Por ejemplo, si deseamos aprender Diseños en 3D, la primera plantilla prediseñada nos enseña cómo podemos colocar una forma en el plano de trabajo, damos clic en Place It (colócalo) y seleccionamos Inicio.

Y se dará inicio al tutorial para aprender a colocar las formas en el plano de trabajo.

• Usando Tinkercad Circuitos

Nos interesa la sección de Circuitos por tanto volvamos a Diseños. Para volver a la ventana de inicio damos clic en el icono de Tinkercad y seleccionamos el cuadro Crea tu primer diseño de circuitos.

La interfaz de Tinkercad Circuitos es sencilla pero poderosa.

Podemos aumentar o disminuir la zona de trabajo y los componentes que en ella coloquemos con la rueda de desplazamiento del ratón y con el botón Zoom para ajustar o el atajo de teclado F (Marcado con una flecha roja en la imagen inferior) volvemos al tamaño de la zona de trabajo predeterminado por Tinkercad.

Inicialmente Tinkercad puede ofrecer la posibilidad de trabajar con Micro: bit, pero nosotros vamos a realizar un circuito eléctrico básico.

• Panel de componentes

Al lado derecho de la zona de trabajo encontramos el panel o galería de componentes. Tenemos las opciones de componentes básicos o todos los componentes, además de circuitos prediseñados.

El listado de Todos los componentes se clasifica en General, Entrada, Salida, Potencia, Placas de prueba, Microcontroladores, Instrumentos, Circuitos integrados, Control de potencia, Conectores y Lógica (circuitos integrados). Hay gran cantidad de componentes para practicar.

Algo interesante es que seleccionando el icono Cambiar a vista de detalle nos mostrará una breve descripción de cada uno de los componentes.

Si deseamos volver a la vista compacta damos clic en el icono nuevamente (flecha roja). Además si en alguna ocasión deseamos ocultar la galería de componentes damos clic en Ocultar panel de componentes (flecha verde) y así podemos ocultar o volver a mostrar el panel de componentes.

• Ubicación de los componentes

Seleccionamos, arrastramos y soltamos una batería de 9 voltios hacia la zona de trabajo.

Podemos girar un componente, para ello seleccionamos la batería (se bordea en color azul) y con la tecla R del teclado la giramos. Al estar seleccionado un componente aparece un cuadro (resaltado dentro de un óvalo en la imagen superior) donde podemos editar algunas de sus características.

Tinkercad ofrece muchos atajos de teclado, si acercas el puntero a un icono si tiene atajo de teclado, lo mostrará.

De igual manera vamos a extraer un LED, un resistor y un multímetro, los acomodamos como aparece en la imagen inferior.

Analicemos algunos detalles.

• Debemos cambiar el resistor a 470Ω para lograr una corriente aproximada de 19mA.
• El ánodo del LED (patica más larga) está a la derecha y sería mejor colocarla a la izquierda.
• Necesitamos unir los componentes del circuito eléctrico.

• Cambio de los parámetros de un componente

Para cambiar el valor de la resistencia del valor de 1kΩ, que trae por defecto, al que necesitamos, que es 470Ω seleccionamos la resistencia y en el cuadro que aparece ajustamos adecuadamente.

Hay que tener en cuenta la escala de los prefijos decimales que aparece resaltada en círculo rojo, ya que por defecto está en kilo (k).

• Componente de simetría

Para invertir la posición del LED y facilitar la colocación de las uniones, usamos el Componente de simetría que nos ofrece Tinkercad.

Para activarlo seleccionamos el LED y damos clic en el Componente de simetría (encerrado en un círculo rojo) o con el atajo de teclado que es la letra M, así se invertirá el LED, ahora tenemos el cátodo a la derecha.

• Unir los componentes

Primero el positivo de la batería al extremo inferior de la resistencia.

Tan sencillo como arrimar el puntero del ratón al terminal positivo de la batería.

Cuando aparezca un pequeño cuadrado se presiona el botón izquierdo del ratón y se arrastra hasta el punto donde queramos conectar, en este caso el extremo inferior de la resistencia de 470Ω. Aparecerá otro cuadro en la resistencia, hacemos clic izquierdo del ratón y quedarán conectados los componentes.

Cuando se quiera realizar un doblez en un cable, primero lo seleccionamos y con el puntero llevamos el punto central que aparece en el cable hasta donde se desee.

Para cambiar el color del cable, primero lo seleccionamos y con el icono Color de cable y su menú desplegable escogemos el color deseado o también con los números del teclado que están encima de las letras; por ejemplo el número 2 corresponde al color rojo.

Si te equivocas con algún cable o componente, lo seleccionas y con la tecla Suprimir lo eliminas, o con el atajo de teclado Control + Z puedes deshacer uno a uno los últimos cambios realizados..

Terminemos nuestro circuito y conectemos el multímetro para medir la tensión en el LED.

Con el multímetro podemos realizar mediciones de corriente, voltaje y resistencia.

• Iniciar la simulación

Podemos iniciar y detener la simulación de nuestro circuito con el botón Iniciar simulación/Detener simulación. Esta acción empieza a correr una Hora de simulador que nos indica horas, minutos y segundos en tiempo real.

Recuerda que si deseas hacer nuevos cambios en el circuito debes primero detener la simulación

• Colocando nombre a nuestro circuito

Tinkercad coloca un nombre aleatorio a nuestros proyectos, pero podemos cambiarlo. Para esto seleccionamos el nombre aleatorio del proyecto, entrará en modo de edición (color azul) y le colocamos nombre deseado a nuestro circuito.

• Diagrama esquemático

Hasta ahora hemos estado trabajando en la Vista de circuito donde nos ubica Tinkercad por defecto

Pero también podemos obtener el diagrama esquemático de nuestros circuitos. Para ello seleccionamos la opción Vista esquemática

Y ya tenemos el diagrama esquemático de nuestro circuito. Tinkercad nos ofrece la posibilidad de descargar el esquemático en un archivo PDF.

• Listado de componentes

Tinkercad nos permite obtener la lista de los componente que hemos utilizado en el circuito, para esto seleccionamos la opción Lista de componentes.

Obtenemos el listado de los componentes y podemos descargar un archivo CSV.

Ya conocemos las bases de funcionamiento de Tinkercad, vamos ahora a hacer un ejemplo con Arduino.

Programar y simular Arduino con Tinkercad

Vamos a realizar el ejemplo que trae Tinkercad para usar Arduino con el editor de código de bloques.

• Editor de código de bloques en Tinkercad

Creamos un nuevo circuito.

Arrastramos un Arduino Uno de la galería de componentes.

Seleccionamos el botón Código y en Cambiar el modo de edición damos clic en la flecha del menú desplegable.

Podemos seleccionar la opción Bloques.

Pero esta vez y para comprender mejor cómo funcionan los bloques es conveniente que podamos ver el código correspondiente también. Así que seleccionamos Bloques + Texto.

Es probable que si hemos trabajado un código anteriormente el asistente de Tinkercad nos pregunte si estamos seguros de activar el editor de bloques, seleccionamos Continuar.

Podemos observar el editor de Bloques + Texto de Tinkercad.

Detallemos algunos aspectos del código de bloques y su correspondencia con el editor de texto.

• El bloque llamado al iniciar aparece vacío y corresponde a la función void setup(). Esto sucede ya que el ejemplo trabaja con el LED integrado de la placa Arduino UNO que es llamado LED-BUILTIG y está conectado al pin 13.
• El bloque denominado siempre corresponde a la función void loop().
• El primer bloque azul definir LED integrado en ALTA corresponde a la función digitalWrite (LED_BUILTIN, HIGH).
• El primer bloque esperar (1) segundos corresponde a la función delay(1000).
• El segundo bloque azul definir LED integrado en BAJA corresponde a la función digitalWrite (LED_BUILTIN, LOW).
• El segundo bloque esperar (1) segundos corresponde a la función delay(1000).

Podemos iniciar la simulación y veremos parpadear al LED L de la tarjeta Arduino.

Puedes practicar modificando algunos valores o agregando otros LED y resistencias al diagrama pictórico y agregando nuevos bloques al código.

Si has trabajado anteriormente con código de bloques lo encontrarás muy sencillo, de lo contrario puede que te parezca un poco confuso. Afortunadamente podemos realizar la programación con código de texto.

Vamos ahora a realizar un semáforo.

• Editor de código convencional

Inicialmente extraemos los siguientes componentes de la galería.

• Arduino Uno
• Tres LED, uno rojo, uno amarillo y otro verde
• Tres resistencias de 330Ω

En Tinkercad puedes usar las opciones tradicionales de Copiar (Control + C) y Pegar (Control + V) cuando necesites duplicar componentes.

Armamos el siguiente diagrama pictórico.

Usaremos este código.

El código es sencillo, primero declaramos las variables para los LED rojo, amarillo y verde.

En el void setup() configuramos los pines de Arduino que comandan los LED como salidas.

En el void loop() hacemos la rutina para el funcionamiento del semáforo.

Damos tiempos de encendido de 10 segundos a los LED verde y rojo y de 2 segundos al LED amarillo. Recuerda que la función delay() recibe su parámetro en milisegundos.

En Tinkercad seleccionamos el botón Código y luego Texto.

El asistente nos preguntará si estamos seguros de cerrar el editor de bloques, seleccionamos Continuar.

Aparecerá por defecto el código del LED parpadeando (Blink), el cual seleccionaremos en su totalidad y lo borraremos.

Ahora tenemos dos opciones para crear el código.

• Creamos el código directamente en Tinkercad.
• Creamos el código en el IDE de Arduino y luego lo copiamos y pegamos en Tinkercad.

Tú decides si te sientes a gusto trabajando directamente en Tinkercad o no.

Recuerda que las palabras reservadas del Arduino son en idioma inglés, si tratas de traducir la página de Tinkercad al español es probable que el software no funcione bien.

Ya podemos iniciar la simulación de nuestro semáforo.

• Uso de librerías

Tinkercad incluye algunas de las bibliotecas o librerías más comunes tales como IRremote, LiquidCrystal, Keypad, NeoPixel, Servo, entre otras.

Realicemos un ejemplo con Arduino donde se requiera el uso de librerías. Para ello nada mejor que utilizar uno de los circuitos didácticos de Tinkercad.

Creamos un nuevo circuito.

Usaremos de la galería de componentes Starters – Arduino el circuito LCD y lo arrastramos a la zona de trabajo.

Observemos el código que proporciona Tinkercad.

Este código lo podemos copiar y pegar en el IDE de Arduino y si tienes descargada la librería Adafruit_LiquidCrystal funcionará perfectamente.

Detallemos algunos aspectos del código.

• Inicialmente se incluye la librería Adafruit_LiquidCrystal.
• Se inicializa en cero (0) la variable entera seconds para guardar el conteo de los segundos.
• Declaramos una instancia de un objeto llamado Adafruit_LiquidCrystal lcd_1 de la clase Adafruit_LiquidCrystal. En el parámetro de esta línea de código (0), especifica que la pantalla LCD a la que está conectado el objeto se encuentra en el bus I2C con dirección 0.
• En la función void setup() se inicializa el lcd, se definen los parámetros a 16 columnas y 2 filas y se imprime «hello world«
• En la función void loop() ubicamos dónde se imprimirá el contenido de la variable seconds, columna 0, fila 1.
• A continuación encendemos la luz posterior del lcd durante medio segundo y la apagamos otro medio segundo.
• Finalmente incrementamos el conteo de la variable seconds en uno.

Iniciamos la simulación y vemos en la pantalla el mensaje hello world y el conteo de los segundos, además del encendido y apagado de la iluminación posterior del lcd cada 0.5 segundos.

Puedes modificar el código y probar su funcionamiento.

Eliminar y modificar proyectos en Tinkercad

Si quieres modificar o eliminar alguno de tus proyectos, lo ubicas en Diseños, acercas el puntero del ratón al diseño que quieres eliminar y aparecerá un piñón o engranaje, lo seleccionas.

Aparece un menú y escoges la opción Eliminar.

Confirmamos que queremos eliminar el archivo.

Si deseamos modificar un circuito ya creado lo ubicamos en Diseños y lo seleccionamos, al dar clic en él aparece la siguiente ventana.

Si damos clic en Modificar lo podemos seguir editando.

La flecha verde de la imagen superior nos muestra por dónde acceder si deseamos que nuestros proyectos sean públicos y así poder compartirlos, ya que por defecto son privados.

Importar un proyecto a Tinkercad

• ¿Cómo importar un proyecto que otro usuario de Tinkercad haya creado?

Para importar un proyecto que otro usuario haya creado en Tinkercad debes seguir estos pasos.

Ve a la página del proyecto que quieres importar en Tinkercad o puedes encontrar proyectos públicos en la Galería de Tinkercad o en la página de perfil de otros usuarios.

Si aún no has iniciado sesión en Tinkercad, se te pedirá que lo hagas.

Encontrarás los proyectos compartidos por la comunidad.

Haz clic en el diseño que te llame la atención, te puede dar ideas interesantes.

• Circuitos didácticos sobre Arduino con Tinkercad

En Tinkercad hay algunos circuitos eléctricos y electrónicos ya prediseñados, y en mayor cantidad hay circuitos microcontrolados para que puedas realizar tus prácticas.

Para los circuitos microcontrolados, ya hicimos el ejemplo con Arduino y LCD, pero hay muchos más. Puedes probar las entradas analógicas, servomotores o sensores de humedad, entre otros. Además puedes crear circuitos con las tarjetas Micro:bit y ATtiny.

Alternativas a Tinkercad

Si buscamos sitios web que permitan realizar funcionalidades similares a las que ofrece Tinkercad y que ofrezca sus servicios gratuitamente, no será fácil encontrarlos.

Por separado, podemos encontrar algunos para modelado en 3D tales como AutoCAD, Blender, SketchUp, 3D Slash, SelfCAD, Fusion 360 o FreeCAD.

Para diseño electrónico y/o simulador Arduino encontramos:

• Multisim
• CircuitLab
• Fritzing
• EveryCircuit
• QUCS-S
• LTSpice
• Wokwi
• Proteus
• Crocodile Clips

Cada uno de los anteriores programas y muchos otros que hay de pago o gratuitos, nos ofrecen gran cantidad de funcionalidades que pueden servirnos dependiendo de nuestras necesidades.

Conclusión sobre Tinkercad y Arduino

Hemos visto las características básicas de Tinkercad, una de las plataformas preferidas en educación para la enseñanza de modelado 3D, electricidad, electrónica y programación en bloques o texto.

Si te inicias en el aprendizaje de alguna de estas tecnologías Tinkercad es una excelente opción para empezar de manera gratuita y sin comprar componentes costosos. Para los docentes es una excelente forma de impulsar el uso de la tecnología en sus estudiantes.

Espero que el artículo te haya sido útil.

Gracias a Tinkercad por la cesión de las imágenes.