Actividad 7 - selección de microcontroladores

Comparación y selección de microcontroladores para la estación meteorológica: pruebas técnicas y decisión fundamentada

Descripción detallada de la actividad:

Profesorado responsable

María Dolores Moreno Rabel, Departamento de Tecnología.

¿Qué alumnado ha participado?

Alumnado del centro de 4º de ESO de la materia Tecnología en grupos cooperativos de 2 a 3 estudiantes.

¿Cuál es el objetivo principal de la actividad?

El objetivo principal fue que el alumnado adquiriera competencias para evaluar la viabilidad técnica de diferentes placas de desarrollo, aplicadas a una solución real (estación meteorológica), y que aprendieran a tomar decisiones técnicas fundamentadas en criterios de compatibilidad, conectividad y rendimiento. 

Relación con el proyecto presentado:

Esta actividad es esencial en el marco del proyecto MeteoDurán, ya que de la elección del microcontrolador depende la puesta en marcha y transmisión de datos climáticos desde la estación. Se trata de una fase clave en la implementación técnica del sistema.

¿Cómo se ha llevado a cabo?

1. Revisión teórica y consulta de documentación técnica de cada microcontrolador y su compatibilidad con la Weather Shield.

2. Pruebas prácticas con el ESP32 Thing, que fue descartado por incompatibilidades de voltaje (3.3V frente a 5V) y complejidad de conexionado.

3. Pruebas con el Arduino UNO R4 WiFi, funcional en integración, pero con problemas de conexión a redes Enterprise (como Educarex).

4. Evaluación de un módulo WiFi adicional para Arduino UNO, que presentó limitaciones similares.

5. Prueba final y exitosa con el Arduino UNO R3 y el módulo Ethernet 5100, el cual se eligió finalmente por su estabilidad, sencillez de conexión y la disponibilidad de un router cercano en la ubicación prevista.

6. Análisis comparativo y documentación de resultados en tablas y fichas técnicas.

Elementos tecnológicos específicos utilizados:

• Microcontroladores: ESP32 Thing, Arduino UNO R4 WiFi, Arduino UNO R3.

• Módulo Weather Shield de SparkFun.

• Módulo Ethernet W5100 y WIFI ESP8266 ESP-01S.

• Protoboards, cables Dupont, conversores de nivel lógico (en pruebas con ESP32).

• Ordenadores con Arduino IDE.

• Páginas de referencia técnica: SparkFun, Arduino.

• Software de captura de pantalla y fotos para documentar resultados.

• Plantillas para fichas comparativas y valoración técnica.

• Cámara o móvil para imágenes del montaje.

Tiempo dedicado:

Tiempo de preparación del profesorado

 3 horas (documentación técnica, guías de conexión, preparación del material).

Número de sesiones con el alumnado

7 sesiones de 50 minutos:

• 1 sesión introductoria (teoría + instrucciones).

• 5 sesiones prácticas de pruebas.

• 1 sesión de análisis y conclusiones.

Duración total aproximada

 10 horas más tiempo adicional de supervisión.

Elementos multimedia que documentan el desarrollo de la actividad:

1. Circuitos montados y código probado.

Para comprobar el funcionamiento del sistema de temporización en el ESP32, se ha utilizado, entre otros códigos, el disponible en el repositorio de GitHub Tempsi-7. Esta prueba se ha centrado en verificar el control del encendido y apagado de salidas programadas, así como la correcta lectura del reloj interno del módulo. El código ha sido cargado en el ESP32 mediante el entorno de desarrollo Arduino IDE, realizando pequeñas adaptaciones para ajustarse al hardware disponible. Durante la prueba, se ha monitorizado el comportamiento de los temporizadores definidos, confirmando que los ciclos de activación se ejecutan de manera precisa y estable en función de los parámetros configurados. 

Se ha realizado una prueba funcional utilizando la placa Ethernet Shield W5100 conectada a un Arduino UNO con el objetivo de verificar su compatibilidad y funcionamiento en red local. Paralelamente, se ha llevado a cabo una comprobación del envío y recepción de datos entre dos placas Arduino configuradas en modo maestro-esclavo mediante comunicación serie. Ambas pruebas han resultado exitosas, demostrando estabilidad en la transmisión de datos desde el maestro, que recoge la información meteorológica, hacia el esclavo, que la procesa y publica en una interfaz web local. A raíz de estos resultados satisfactorios, se ha optado por este tipo de conexionado maestro-esclavo como la configuración definitiva para nuestra estación meteorológica, por su fiabilidad, modularidad y facilidad de implementación. 

2. Rúbrica de evaluación.

Esta rúbrica evalúa la actividad de análisis, selección y prueba de distintos microcontroladores y módulos de conectividad para su integración con la Weather Shield en el desarrollo de una estación meteorológica escolar. El alumnado ha revisado documentación técnica y realizado pruebas prácticas con placas como el ESP32 Thing, el Arduino UNO R4 WiFi, módulos WiFi para Arduino UNO y el Arduino UNO R3 con Ethernet Shield W5100. Se valorará la comprensión técnica de las compatibilidades entre dispositivos, la capacidad para detectar y justificar incompatibilidades, la correcta ejecución de pruebas funcionales, el análisis comparativo entre opciones y la documentación clara de los resultados. Esta evaluación pretende reconocer no solo el resultado final, sino el proceso reflexivo y experimental que ha llevado a la elección fundamentada del sistema definitivo. 

Conclusión:

La actividad ha culminado con éxito tras un riguroso proceso de análisis técnico, pruebas funcionales y comparativas entre distintas placas y módulos de conectividad. Durante el desarrollo, se constató que la placa ESP32 Thing, si bien potente y versátil, no era compatible para la conexión en serie con Arduino UNO debido a la diferencia en niveles de voltaje (3.3V frente a 5V), lo que representaba un riesgo para la estabilidad del sistema sin el uso de conversores de nivel adicionales. Además, tanto la ESP32 como el Arduino UNO R4 WiFi, al igual que otros módulos WiFi probados, presentaron serias limitaciones de conectividad con redes WPA-Enterprise, como la red educativa Educarex, que se utiliza en los centros educativos, ya que están diseñados principalmente para redes WPA-Personal.

Estas limitaciones justificaron la elección final de una configuración basada en dos placas Arduino UNO R3, una de ellas equipada con la Ethernet Shield W5100 y la otra con la Weather Shield de SparkFun, comunicándose entre sí mediante conexión serie. Esta solución ofrece estabilidad, facilidad de implementación, compatibilidad con la infraestructura de red del centro y modularidad del sistema. 

El alumnado ha demostrado un alto nivel de implicación y competencia técnica durante la actividad, participando activamente en el análisis, pruebas y documentación del proceso. Este trabajo ha contribuido no solo a la toma de decisiones fundamentadas, sino también al desarrollo de habilidades críticas en electrónica, redes y programación, sentando una base sólida para la implementación definitiva de la estación meteorológica.