LabsLand es la red global de laboratorios reales a través de Internet. Los estudiantes (de colegios, universidades y plataformas online) pueden acceder a laboratorios reales a través de Internet, usando su portatil, tablet o teléfono.

Los laboratorios pueden ser en tiempo real (Arduino, FPGAs...) ubicados en diferentes universidades en todo el mundo. En algunos campos (Física, Biología, Química), los laboratoriso son Laboratorios Diferidos, en los que la universidad ha grabado todas las potenciales combinaciones de lo que se puede hacer en el laboratorio (en algunos casos, varios miles de grabaciones) y ponerlo disponible en modo interactivo.

En todos los casos, el laboratorio es real (no simulado), y disponible a través de la Web (no necesitas obtener ningún hardware, gestionar envíos, etc.).

Comprueba cómo funciona un uso típico en el siguiente vídeo:

Resumen

Para la experimentación con circuitos analógicos. A través de esta herramienta tendrás acceso a tu propio laboratorio de electrónica. Mediante su interfaz interactiva podrás utilizar una placa de prototipado para conectar componentes y cables. Podrás también conectar y configurar un generador de funciones y una fuente de alimentación. Una vez diseñado el circuito, podrás además tomar medidas utilizando el multímetro o el osciloscopio. Tanto los circuitos como las medidas se construyen y se toman en la realidad: no es una simulación. Un sistema basado en relés conecta los componentes como has definido, dando lugar a señales y medidas reales. Útil para actividades de electrónica analógica como ley de Ohm, ley de Kirchoff, caracterización de componentes, aprendizaje de instrumentación, tipos de circuitos, etc.

 

Uso e instrumentos

El laboratorio de Electrónica de LabsLand es muy potente y está basado en una interfaz interactiva con apariencia virtual. El estudiante, al igual que en un laboratorio de electrónica analógica tradicional, tiene acceso y control sobre una serie de instrumentos, que son los siguientes: placa de prototipado, generador de funciones, fuente de alimentación, multímetro, osciloscopio. Tiene acceso, además, a una bandeja de componentes, que podrá incorporar a su circuito.

El elemento principal es la placa de prototipado. Normalmente, los estudiantes comenzarán creando aquí su circuito. Para crear un circuito, se arrastrarán los componentes desde la bandeja (en la parte superior de la pantalla) hasta la placa de prototipado; y se conectarán mediante cables, accesibles a través de la barra de herramientas de arriba a la derecha. La interfaz es muy interactiva, permitiendo añadir, mover y quitar componentes y cables libremente.

El sistema permite además cargar y guardar circuitos ya diseñados. Esta característica permitirá poder utilizar circuitos complejos como punto de partida si la actividad así ha sido diseñada; o guardar circuitos ya sea para conservarlos o para entregarlos al final de una actividad.

Desde la placa de prototipado se observan a los lados varios conectores, que conectan el circuito precisamente con el resto de instrumentos. Las etiquetas de dichos conectores son bastante descriptivas, pero por ejemplo los conectores de arriba a la izquierda, agrupados como “DC Power”, en los que pone +5V, GND, -5V conectan el circuito con la fuente de alimentación.

Para observar y configurar un instrumento, basta con seleccionarlo en el menú de abajo. Por ejemplo, al hacer click en “DC Power” accederemos a la fuente de alimentación. Podemos actuar sobre la mayoría de controles de ésta, y esto tendrá efecto directo sobre el circuito y las medidas (asumiendo que hemos conectado el circuito correctamente).

Una vez hayamos diseñado y construido el circuito correctamente, y configurado los instrumentos, para tomar una medida le daremos al botón de “Perform measurement” de abajo a la derecha. Si el circuito está correctamente diseñado, tras un lapso breve de tiempo veremos el resultado de la medida en los instrumentos. Si hubiésemos cometido algún error o si el circuito no fuese posible construirlo ya sea por motivos de seguridad o porque no esté soportado; veríamos un mensaje de error.

Al tomar una medida de un circuito veremos bajo la interfaz dos fotografías en tiempo real del equipamiento en el momento en el que toma la medida. Durante el lapso de tiempo en que se toma, el circuito se ha configurado físicamente mediante relés. Su estado puede en ocasiones observarse mediante los LEDs indicadores.

 

Catálogo de circuitos

La característica clave del laboratorio de Electrónica de LabsLand es que no es una simulación: los circuitos se construyen de forma real mediante relés, todos los componentes que se incorporan a los circuitos (resistencias, diodos, condensadores…) son reales, y las medidas se toman mediante instrumentos reales. Esto lo convierte en un laboratorio extremadamente realista y potente, pero al mismo tiempo implica ciertas limitaciones inevitables.

Para empezar, el laboratorio deberá soportar (tener físicamente incorporado) el componente concreto a utilizar. Pueden verse qué componentes están incorporados en la bandeja de componentes. Además, en caso de querer utilizar más de un componente del mismo tipo, el sistema tendrá que tener el número suficiente. Adicionalmente, por seguridad, el sistema está diseñado para no permitir cualquier tipo de interconexión. Cortocircuitos, circuitos que excederían la potencia soportada por los componentes, por ejemplo, no podrán ser construidos. Tampoco podrán ser construidos circuitos cuya seguridad no haya sido avalada.

Por todo esto, para poder diseñar actividades para clase y para utilizar el laboratorio de Electrónica didácticamente en la práctica, proporcionamos y recomendamos utilizar el Catálogo de Circuitos que proveemos. El Catálogo de Circuitos de LabsLand lista un gran conjunto de circuitos que garantizamos que pueden construirse y usarse con seguridad, y que normalmente son de utilidad en los diversos cursos para los que el laboratorio de Electrónica se utiliza. 

Diseñando las actividades de clase en torno a circuitos del catálogo, evitaremos el potencial problema de que un circuito arbitrario no esté soportado, ya sea por problemas de seguridad, de disponibilidad de los componentes, o simplemente porque no pueda verificarse que es válido construirlo.

Puede accederse al catálogo mediante este link: https://labsland.com/pub/docs/experiments/hive/en/index.html y está también listado en la sección de contenidos.

El catálogo incluye secciones con circuitos para:

• Resistencias
• Diodos
• Circuitos RC
• Circuitos RLC
• Amplificadores Operacionales
• Transistores

Estamos continuamente extendiendo el catálogo. Si tienes interés en algún tipo de circuito que crees que podría ser útil, no dudes en contactar con nosotros. Aunque no podemos garantizar añadirlo, podremos analizarlo y en su caso incorporarlo en revisiones futuras.

 

Funcionamiento interno

El Laboratorio de Electrónica LabsLand está compuesto por diversos “Hive” distribuidos en diferentes instituciones a lo largo del planeta, trabajando como un “cluster” para proporcionar los circuitos y medidas a los usuarios. 

Al diseñar un circuito, el circuito no se construye físicamente y se toman las medidas hasta que no se pulsa el botón de Tomar Medida. En ese momento, se asigna uno de los nodos distribuidos, que es el que en un instante construye el circuito, toma las medidas necesarias y devuelve el resultado. El nodo específico que ha tomado una medida puede observarse en la interfaz, mediante las dos fotografías en tiempo real. Cada medida puede ser dirigida a un nodo diferente: por eso se observará en ocasiones que la imagen y proveedor de la última medida varía con frecuencia si se toman varias.

Internamente, cada nodo es una caja que contiene varios instrumentos y varias placas diseñadas por LabsLand con relés y con los componentes que conformarán el circuito. En el documento titulado “Hive Node Reference Documentation” se explica en detalle el funcionamiento interno de los nodos, así cómo el propósito de cada tipo de placa interna.

Los nodos están diseñados para que la institución que los hospeda pueda añadir circuitos nuevos si lo desea y personalizarlos. Esto se detalla también en el manual.

 

Equipamiento

El equipamiento para este laboratorio (es decir, los nodos antes mencionados) han sido diseñados por LabsLand y están a la venta para ser desplegados en instituciones. Las instituciones, al comprar y desplegar en sus propias instalaciones los equipamientos, obtienen diversas ventajas; entre ellas la capacidad de realizar investigación utilizándolos, y la capacidad de crear y personalizar circuitos.

Para obtener información sobre como comprar el hardware, puedes consultar nuestra página: https://labsland.com/en/hardware

 

Aplicación en educación secundaria y universitaria

El Laboratorio de Electrónica de LabsLand es un recurso educativo excepcionalmente valioso tanto para la educación secundaria como universitaria.

El laboratorio proporciona una plataforma segura e interactiva para explorar los fundamentos de la electrónica analógica. Los alumnos pueden aprender sobre conceptos básicos, como la ley de Ohm y la ley de Kirchoff, a través de la experimentación con circuitos reales, algo que habitualmente les estaría limitado o incluso fuera de su alcance. También pueden adquirir experiencia práctica con instrumentos de laboratorio, como osciloscopios y multímetros, que son esenciales en el campo de la ingeniería eléctrica y electrónica.

El laboratorio puede ser utilizado para reforzar y expandir los conceptos introducidos en las clases de electrónica y experimentar con componentes más complejos, como amplificadores operacionales y transistores, y diseñar sus propios circuitos para realizar análisis y simulaciones.