Temario

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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
1. Datos Generales de la asignatura
Nombre de la asignatura:
Clave de la asignatura:
SATCA1
:
Carrera:
Aplicaciones con Hardware Abierto
TEF-1603
3-2-5
Ingeniería Electrónica
2. Presentación
Caracterización de la asignatura
La asignatura Aplicaciones con Hardware Abierto aborda la nueva tendencia de la
ingeniería electrónica sobre los entornos integrados de programación de código abierto.
Aporta al perfil del ingeniero en electrónica la habilidad para integrar sistemas
electrónicos utilizando sensores inteligentes que basan su comunicación en las interfaces
I2
C y SPI. Permite realizar sistemas que funcionen como nodos recolectores de datos
que tengan interface inalámbrica utilizando módulos Xbee o a través de internet y tarjetas
SD.
Esta asignatura se relaciona básicamente con las asignaturas de Instrumentación y
Microcontroladores de la estructura genérica, sin embargo, aporta las competencias
específicas de la medición de las variables físicas a través de un entorno integrado de
programación de bajo costo que utiliza software libre y hardware abierto.
Intención didáctica
El contenido temático está organizado en cinco temas. En estos se aborda el concepto
integral y holístico de una aplicación con hardware abierto.
El primer tema aborda los contenidos declarativos factuales sobre la definición y
componentes básicos de una aplicación que utiliza un sistema con hardware abierto. Se
exploran diferentes métodos de diseño para este tipo de plataformas, y se muestran las
aplicaciones básicas dentro del entorno industrial y la domótica.
El segundo tema es una introducción a los sensores inteligentes y su aplicación. Se
estudian los diferentes tipos de sensores que no fueron abordados en el contenido de la
asignatura de instrumentación, en específico se introduce al estudio del giroscopio, el
acelerómetro, los sensores de distancia, entre otros.
El tercer tema aborda los dispositivos básicos de salida o actuadores, se inicia con el
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Sistema de Asignación y Transferencia de Créditos Académicos

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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
estudio de los motores y servomotores, y se termina estudiando los actuadores
eléctricos, neumáticos e hidráulicos. En un segundo momento se abordan el uso de la
comunicación USB y de los registros de corrimiento. Finalmente se cierra con el estudio
de las tres plataformas integradas de hardware abierto más populares.
En el cuarto tema se especifican las interfaces de comunicación, inicialmente se abordan
los buses I2
C y SPI, y el display de cristal líquido. En forma posterior se introduce a la
comunicación inalámbrica utilizando módulos Xbee, con el objetivo de crear una red de
sensores. Por último, se estudian los conceptos de la conexión a internet y el manejo de
datos a través de tarjetas SD.
El quinto tema tiene como objetivo realizar un proyecto que integre el contenido
desarrollado durante la asignatura. El proyecto debe resolver un problema del entorno
industrial o doméstico, y debe ser gestionado utilizando herramientas de manejo de
proyectos.

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3. Participantes en el diseño y seguimiento curricular del programa
Lugar y fecha de
elaboración o revisión
Participantes Observaciones
Instituto Tecnológico de
Matamoros del 15 al 26 de
junio de 2015
Academia de Ingeniería
Electrónica del Instituto
Tecnológico de Matamoros
Diseño de Especialidades
Nuevo Programa
4. Competencia(s) a desarrollar
Competencia(s) específica(s) de la asignatura
 Diseña y construye prototipos funcionales con sistemas integrados de hardware
abierto para resolver problemas reales del entorno industrial y doméstico.
5. Competencias previas
 Aplica conocimientos básicos de electrónica analógica, electrónica digital y
análisis de circuitos eléctricos.
 Tiene nociones básicas de programación orientada a objetos y orientada a
código.
 Interpreta diagramas esquemáticos y a bloques.
 Utiliza programas de simulación de circuitos eléctricos.
 Conoce la arquitectura de los microprocesadores y saber integrar sistemas
mínimos en base a esta tecnología.
 Realiza interfaces entre dispositivos digitales y con computadoras.
 Maneja conceptos básicos de control.
 Utiliza amplificadores operacionales para acondicionar señales análogas.
 Conoce y maneja sensores de temperatura, nivel, posición y presión.
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No. Temas Subtemas
1 Introducción a las aplicaciones con
hardware abierto
1.1 Definición y componentes
1.2 Método de diseño
1.3 Aplicaciones básicas
1.3.1 Sistemas embebidos
1.3.2 Domótica
1.3.3 Aplicaciones Industriales
2 Sensores 2.1 Principios de transducción
2.2 Acondicionadores de señal

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2.3 Sensores de velocidad, posición y
aceleración.
2.4 Sensores de color, luz y visión
2.5 Sensores de proximidad
2.6 Sensores de humedad
2.7 Sensores de fuerza, torque y
deformación
2.8 Otros sensores (gas, corriente, PH,
nivel, temperatura y biosensores)
3 Control del medio ambiente 3.1 Actuadores eléctricos
3.2 Servomotores
3.3 Cilindros neumáticos e hidráulicos
3.4 Transistores y motores
3.5 USB y comunicación serial
3.6 Registros de corrimiento
3.7 Módulos integrados de control
3.7.1 Arduino UNO
3.7.2 Raspberry PI 1 modelo B+
3.7.3 Tiva C Launch Pad EK-
TM4C123GXL
4 Interfaces de comunicación 4.1 Interfaces I2C y SPI en módulos
integrados de control.
4.2 Display de cristal líquido
4.3 Comunicación inalámbrica con Xbee
4.4 Tópicos avanzados
4.4.1 Interrupciones por hardware y
software
4.4.2 Almacenamiento de datos en
tarjetas SD
4.4.3 Conexión a Internet
5 Proyecto de aplicación 5.1 Criterios para el desarrollo del proyecto
5.2 Planeación y ejecución
5.2.1 Diseño
5.2.2 Modelado matemático
5.2.3 Simulación
5.2.4 Prototipo
5.2.5 Ensamble
5.2.6 Prueba paramétrica y funcional
5.2.7 Documentación

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7. Actividades de aprendizaje de los temas
Introducción a las aplicaciones con hardware abierto
Competencias Actividades de aprendizaje
Específica(s):
 Identifica los componentes de un
sistema que utiliza hardware abierto,
conocer sus métodos de diseño y los
entornos básicos de aplicación.
Genéricas:
 Capacidad de análisis
 Habilidades básicas de manejo de la
computadora.
 Habilidad para buscar y analizar
información proveniente de fuentes
diversas.
 Solución de problemas
 Capacidad crítica y autocrítica
 Trabajo en equipo
 Habilidades interpersonales
 Capacidad de aplicar los
conocimientos en la práctica
 Habilidades de investigación
 Capacidad de aprender
 Habilidad para trabajar en forma
autónoma y en equipo
 Realizar un diagrama a bloques sobre
los componentes básicos de una
aplicación con hardware abierto.
 Escribir un ensayo indicando las
funciones básicas de cada uno de los
bloques funcionales de un sistema que
utiliza hardware abierto.
 Realizar un mapa mental sobre los
entornos básicos de aplicación de los
sistemas con hardware abierto.
Sensores
Competencias Actividades de aprendizaje
Específica(s):
 Utiliza sensores inteligentes y
análogos para medir el entorno
próximo.
 Construye prototipos funcionales con
diferentes tipos de sensores
permitiendo el desarrollo de nodos
 Investigar las hojas características de
los sensores inteligentes de
proximidad, distancia, temperatura, luz,
humedad, presión barométrica, fuerza,
entre otros y realizar un cuadro
sinóptico sobre las diferentes ramas de
aplicación de cada uno de ellos.
 Realizar prácticas de laboratorio con

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recolectores de datos.
Genéricas:
 Capacidad de análisis
 Habilidades básicas de manejo de la
computadora.
 Habilidad para buscar y analizar
información proveniente de fuentes
diversas.
 Solución de problemas
 Capacidad crítica y autocrítica
 Trabajo en equipo
 Habilidades interpersonales
 Capacidad de aplicar los
conocimientos en la práctica
 Habilidades de investigación
 Capacidad de aprender
 Habilidad para trabajar en forma
autónoma y en equipo
diferentes tipos de sensores análogos e
inteligentes.
 Analizar y simular circuitos que utilicen
sensores análogos e inteligentes
comprobando los modelos teóricos
pertinentes.
 Construir circuitos lineales con
amplificadores operacionales para
acondicionar las señales de los
sensores análogos.
 Realizar un proyecto de aplicación
donde se involucren al menos tres tipos
diferentes de sensores.
Control del medio ambiente
Competencias Actividades de aprendizaje
Específica(s):
 Interactúa con motores de CD,
servomotores y actuadores eléctricos,
neumáticos e hidráulicos a través de
dispositivos programables.
 Conoce los entornos integrados de
hardware abierto.
Genéricas:
 Capacidad de análisis
 Habilidades básicas de manejo de la
computadora.
 Habilidad para buscar y analizar
información proveniente de fuentes
diversas.
 Realizar un cuadro sinóptico con los
diferentes tipos de actuadores.
 Realizar un mapa mental que englobe
las características básicas de los
distintos entornos integrados de
hardware abierto.
 Comprobar los conocimientos teóricos
realizando prácticas de laboratorio
donde se utilicen distintos tipos de
actuadores.
 Instalar el entorno virtual de algún
sistema de hardware abierto en la
computadora personal del estudiante.
 Realizar un proyecto de aplicación
donde se involucren al menos tres tipos
de sensores y dos diferentes tipos de

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 Solución de problemas
 Capacidad crítica y autocrítica
 Trabajo en equipo
 Habilidades interpersonales
 Capacidad de aplicar los
conocimientos en la práctica
 Habilidades de investigación
 Capacidad de aprender
 Habilidad para trabajar en forma
autónoma y en equipo
actuadores.
Interfaces de comunicación
Competencias Actividades de aprendizaje
Específica(s):
 Realiza comunicaciones con otros
dispositivos y sensores a través de las
interfaces I2
C y SPI.
 Se comunica en forma inalámbrica
mediante módulos Xbee.
Genéricas:
 Capacidad de análisis
 Habilidades básicas de manejo de la
computadora.
 Habilidad para buscar y analizar
información proveniente de fuentes
diversas.
 Solución de problemas
 Capacidad crítica y autocrítica
 Trabajo en equipo
 Habilidades interpersonales
 Capacidad de aplicar los
conocimientos en la práctica
 Habilidades de investigación
 Capacidad de aprender
 Habilidad para trabajar en forma
autónoma y en equipo
 Realizar resumen sobre las interfaces
de comunicación I2
C y SPI.
 Escribir ensayo detallando los aspectos
técnicos que tienen que ser
considerados al realizar una interface
entre un dispositivo con hardware
abierto y un display de cristal líquido.
 Realizar práctica de laboratorio donde
se configure una red de nodos
recolectores de datos utilizando Xbee.
 Realizar un proyecto de aplicación que
utilice comunicación inalámbrica y
tenga acceso desde internet.

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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
Proyecto de aplicación
Competencias Actividades de aprendizaje
Específica(s):
 Resuelve problemas del entorno
industrial o doméstico mediante el
diseño y desarrollo de un sistema que
utilice hardware abierto.
 Gestiona y ejecuta proyectos en forma
colaborativa que utilicen sensores y
actuadores inteligentes.
Genéricas:
 Capacidad de análisis
 Habilidades básicas de manejo de la
computadora.
 Habilidad para buscar y analizar
información proveniente de fuentes
diversas.
 Solución de problemas
 Capacidad crítica y autocrítica
 Trabajo en equipo
 Habilidades interpersonales
 Capacidad de aplicar los
conocimientos en la práctica
 Habilidades de investigación
 Capacidad de aprender
 Habilidad para trabajar en forma
autónoma y en equipo
 Realizar un proyecto de aplicación que
resuelva una problemática real del
entorno industrial o doméstico.
 A través de una metodología de manejo
de proyectos gestionar la planeación y
ejecución del proyecto.
 Exponer los resultados del proyecto en
audiencia plenaria frente al aula.
8. Práctica(s)
 Instalación del entorno de programación del módulo integrado de control.
 Práctica didáctica tipo introductoria con interruptores y diodos LED.
 Medición del medioambiente utilizando el sensor de humedad DHT22

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 Detección de movimiento utilizando el sensor PIR de Adafruit
 Distinción de colores utilizando el sensor RGB TCS34725
 Medición de temperatura de agua utilizando el sensor digital DS18B20
 Diseño de una estación meteorológica utilizando el sensor BMP180 (medición de
presión barométrica, temperatura y altitud)
 Medición de posición utilizando el sensor LSM303 (Acelerómetro)
 Interface con la cámara Pixy CMUcam 5 y displays RGB LCD 16x2 caracteres
 Interface con el sensor de posicionamiento L3GD20H (Giroscopio)
 Medición de distancia utilizando sensores IR
 Practicas con el sensor de luz análogo GA1A12S202 y sensor digital TSL2591
 Medición de campos magnéticos utilizando sensores de efecto Hall.
9. Proyecto de asignatura
Objetivo: Realizar la integración de un sistema que resuelva alguna problemática del
entorno industrial, institucional o doméstico, utilizando sistemas de hardware abierto y
sensores inteligentes. El proyecto se divide en las siguientes fases:
 Fundamentación: El proyecto se inicia a través de una visita industrial, observando
el entorno institucional o en base a un problema doméstico. Se identifican los
problemas del contexto que puedan ser automatizados por medio de sistemas
electrónicos mínimos o embebidos.
 Planeación: En función de los problemas detectados, se establece un plan de acción
que resuelva la problemática. Con la asesoría del docente, se enumerar las etapas
necesarias para implementar un sistema electrónico y se contextualizan al caso de
estudio. La secuencia de actividades no deberá sobrepasar más de tres semanas
desde su planeación hasta su conclusión.
 Ejecución: Consiste en el desarrollo de la planeación del proyecto realizada por
parte de los estudiantes con asesoría del docente; aquí se siguen puntualmente las
actividades planteadas durante la fase de planeación, reportando los avances del
proyecto mediante un diagrama de Gantt o alguna técnica similar de seguimiento de
proyectos.
 Evaluación: El prototipo debe ser completamente funcional y debe utilizar sensores
inteligentes, así como algún sistema electrónico de hardware abierto como elemento
de control. Los resultados se deberán exponer frente a clase, en algún evento de
innovación tecnológica o en alguna feria académica. La evaluación pondrá énfasis en
las estrategias utilizadas por los estudiantes para integrar el sistema electrónico y

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trabajar en forma autónoma / autorregulada.
10. Evaluación por competencias
La evaluación debe ser continua y formativa por lo que se debe considerar el desempeño
en cada una de las actividades de aprendizaje, haciendo especial énfasis en:
 Reportes escritos de las observaciones hechas durante las actividades, así como
de las conclusiones obtenidas de dichas observaciones.
 Exámenes escritos.
 Trabajos para estudio independiente en clase y extra-clase
 Reportes técnicos de prácticas de laboratorio.
 Resultados de la elaboración de un proyecto de diseño incluyendo el diagrama y
los estudios de evaluación del sistema de prueba.
 Redacción de ensayos donde se muestre la capacidad de comprensión de un
tema determinado.
 Exposición de un proyecto frente a grupo.
 Trabajos de investigación donde se obtengan productos que satisfagan
problemáticas reales del campo de aplicación.
11. Fuentes de información
CORONA, L., ABARCA, G., & MARES, J. (2014) Sensores y actuadores. Aplicaciones
con Arduino. Instituto Politécnico Nacional
BLUM, J. (2013) Exploring Arduino: Tools and Techniques for Engineering Wizardry.
Wiley
BELL, C. (2013) Beginning sensor networks with Arduino and Raspberry Pi. Apress
ALONSO, N. (2013) Redes de comunicaciones Industriales. UNED
GALLARDO, S. (2013) Configuración de instalaciones domóticas y automáticas. Parainfo
MEIJER, G., PERTIJS, M. & MAKINWA, K. (2014) Smart Sensor Systems. Emerging
Technologies and Applications. IEEE Press, Wiley.
HUIJSING, J., STEYAERT, M. & ROERMUND, A. (2004) Analog Circuit Design. Kluwer
Academic Publisher
INIEWSKI, K. (2013) Smart sensors for industrial applications. CRC Press

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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
PALLAS, R. (2003) Sensores acondicionadores de señal. Marcombo
ZHANG, P. & ADREW, W. (2008) Industrial Control Technology. A handbook for
Engineers and Researchers. William – Andrew
SCHWARTZ, M. & MANICKUM, O. (2015) Programming Arduino with Labview. Packt
publishing.