Manual de Usuario

Manual de Usuario
[Wiznet IO]
Rev. [1.0]
MCI-MA-0914
INGENIERÍA MCI LTDA.
Luis Thayer Ojeda 0115. Of. 402 - Providencia, Santiago, Chile - Tel. +56 2 3339579 - info@olimex.cl
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MCI Ltda.
Luis Thayer Ojeda 0115. Oficina 402
Santiago, Chile
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Tel: +56 2 3339579
Fax: +56 2 3350589
® MCI Ltda. 2012
Desarrollado por Cesar Muñoz para MCI
Atención: Cambios y modificaciones hechas en el dispositivo, no autorizados expresamente por
MCI, anularán su garantía.
Código Manual: MCI-MA-0914
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Descripción
La tarjeta Wiznet IO está diseñada para trabajar en conjunto con el módulo WIZ220IO que permite
controlar las entras y salidas del módulo Wiznet. Por medio de una conexión Ethernet es posible
monitorear los valores de las entradas analógicas y digitales, y controlar las salidas de potencia
(por medio de relés) y actuadores de menor voltaje (5 [V]).
Las ventajas de este módulo radican en la opción de separar la parte de control de la sección de
actuadores, permitiendo una mayor independencia al momento de usar este sistema en un
ambiente industrial o donde se requiera. Como el módulo de Control (WIZ200IO) está separado de
la tarjeta de Entrada/Salida, nos brinda la posibilidad de mantener un monitoreo de las variables y
poder tomar acciones de forma más efectiva en caso de detectar o presentarse alguna anomalía.
La posibilidad de administrarlo de forma remota por medio de una interfaz web, nos permite
acceder virtualmente desde cualquier lugar del mundo y el envío en tiempo real (o con muy baja
latencia) hace de esta plataforma una opción ideal para utilizar en sistemas de control.
Su alimentación es otra de las ventajas que presenta esta tarjeta, y algo que se incorpora en gran
parte de los módulos de MCI, pues permite alimentar el sistema con una entrada de 9-36
[VAC/VDC], haciendo posible usar casi cualquier fuente que encontremos en el mercado o en
variados sistemas industriales.
Este módulo presenta pocas limitaciones, siendo una de ellas que no permite conectar a una red
inalámbrica de forma directa, sin embargo la opción de usar alguna interfaz Ethernet/Wifi (o algo
tan cotidiano como un router), permite solucionar esta limitante.
Características del Módulo
Esta tarjeta cuenta con los siguientes componentes para operar las entradas y salidas, y permitir
una interacción más segura con las entradas y el control de elementos de potencia en las salidas
(sus relés permiten controlar dispositivos hasta 10 [A])
4 entradas optoacopladas de hasta 24VDC.
4 salidas con relés de 10A/250VAC - 10A/30VDC.
3 entradas digitales (CMOS 5[V]).
3 salidas digitales (CMOS 5[V]).
2 entradas análogas (hasta VCC/5[V] de 12 bits).
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2 salidas analógicas (hasta 4 [VDC] 12 bits).
Comunicación serial DB9 RS232.
Alimentación 9-36 [VDC] @ 600 [mA].
Socket para WIZ220IO.
Recursos Necesarios
Para el desarrollo de nuestro pequeño y funcional proyecto, necesitamos contar con los siguientes
elementos.
Wiznet IO
WIZ220IO
Wiznet Configuration Tool
RomMaker
Página Web de Ejemplo (contiene el RomMaker)
Cables Wire o Cales Protoboard
Si lo deseamos, podemos hacer uso de sensores y actuadores, si bien no es imprescindible para
probar nuestra tarjeta.
Sensores que podemos probar (análogos y/o digitales)
Contacto Magnético
Botón Pulsador
Sensor Presencia (PIR)
Sensor Proximidad (medidor de distancia)
Sensor de Temperatura ZX
Sensor de Luz
Actuadores que podemos activar (conectados a los relés y salidas digitales)
Luces
Puertas de Acceso
Motores de baja o alta potencia
Siempre es importante tener presente que a través de los relés podemos controlar también
elementos de bajo Voltaje, siendo este dispositivo una manera excelente de obtener una aislación
completa desde un circuito hacia un actuador u otro circuito, permitiéndonos evitar
contaminaciones electromagnéticas (EMI/EMC).
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Configuraciones y Esquema Eléctrico
Conexionado
El conexionado general y completo de la tarjeta se describe a continuación, sin embargo no es
necesario contar con todos los elementos descritos: podemos usar solo algunos de ellos para
iniciar nuestro proyecto (incluso ninguno si solo deseamos probar la operación de la tarjeta).
Sensores
(Análogo y DIGITAL)
Actuadores
(Conectado a los Relés, Salidas Digitales o Salidas Análogas)
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Procedimiento de Armado
Basándonos en los esquemas de la sección anterior, procedemos a conectar los sensores y
actuadores que hayamos seleccionado para nuestro proyecto.
Debemos tener en cuenta algunas restricciones antes de poner en funcionamiento nuestro
proyecto, por ejemplo:
Las entradas digitales optoacopladas operan hasta 24 [VDC]
Las salidas digitales operan a 5 [VDC]
Las salidas análogas entregan hasta 4 [VDC], con un contador de 4096 como máximo (una
buena aproximación es considerar cada cuenta como 1 [mV]
Las entradas análogas operan a VCC, que para nuestro módulo son 5 [VDC] con un
contador máximo de 4096.
Los relés operan hasta 10[A]/250[VAC] – 10[A]/30[VDC]
ARMADO
El módulo web WIZ220IO y la tarjeta Wiznet IO están diseñados para trabajar en conjunto de
manera transparente. Simplemente debemos montar la primera en el socket destinado para ello
en la tarjeta Wiznet IO.
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Luego procedemos a energizar la tarjeta Wiznet IO y ya tenemos el sistema operando.
Procedimiento de Ejecución del experimento
Para realizar el proyecto, primero debemos configurar el módulo WIZ220IO que nos permitirá
controlar/supervisar nuestros controladores/entradas. Para ello, lo primero que debemos realizar
en la instalación de la aplicación Wiznet Configuration Tool, con la cual podemos cambiar algunas
configuraciones de la tarjeta de control WIZ220IO.
El procedimiento de instalación es similar a cualquier programa de Windows1, por lo que no
entraremos en mayores detalles. Al final de este proceso, podemos buscar la aplicación en el
menú bajo la entrada WIZnet.
1
La instalación se probó en las plataformas Windows XP y Windows Vista, según el fabricante el programa
tiene soporte para Windows 7 también.
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Una vez terminado el proceso de instalación, tendremos la siguiente interfaz al momento de
lanzar la aplicación.
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Acá incluimos una breve explicación de los diversos campos de la interfaz:
Ventana Principal
FW Version:
Enable Serial Debug Mode:
Board list:
Direct IP Search:
Search:
Setting:
Webpage:
Upload:
Ping:
Firewall:
Exit:
Indica la versión del firmware
Habilita la opción de debug por el puerto Serial
Aparecen las Wiz220IO que están conectadas a
la red
Habilita la opción de buscar una tarjeta de
acuerdo a una dirección IP
Se encarga de buscar las tarjetas que están en
la red interna
Guarda los cambios realizados en la
configuración (es esencial guardar los cambios
para no volver a realizarlos)
Carga la página web en la WIZ220IO
Actualiza el firmware de la tarjeta
Sirve para testear la comunicación con la tarjeta
Revisa el firewall
Cierra el programa
Pestañas
Pestaña Network
Pestaña Serial
Pestaña Input / Output
En esta pestaña se configuran las direcciones IP
del módulo para poder establecer la
comunicación a través de la red interna, o bien,
por acceso de internet.
En esta pestaña se configura la comunicación
UART para recibir mensajes en un PC desde
internet a través de la página web.
A través de esta pestaña se puedes tener el
control directo de las salidas y censar el valor
de las entradas. Se utiliza para comprobar el
correcto funcionamiento del sistema una vez
armado.
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Barra Inferior
Search
Settings
Webpage
Upload
Ping
Firewall
Exit
Permite buscar las tarjetas web server
WIZ220IO conectadas a la red interna
Permite guardar las modificaciones hechas a
través de la interfaz de Configuración
Permite cargar un nuevo ROM para actualizar
el sitio web de la tarjeta WIZ220IO
En el caso de no poseer la última versión del
firmware, presionando el botón Upload se
buscará el archivo binario correspondiente (hay
que asegurarse de que el firmware sea el
adecuado para la Wiz220IO).
Permite hacer ping a alguna dirección IP
Abre el Panel del Firewall de Windows para
configurar el sistema
Sale del Programa
Cómo configurar el Modulo
Lo más importante que debemos tener en cuenta al momento de configurar nuestra tarjeta, es
tener la tarjeta y el PC que usaremos para configurarla en la misma red.
Por defecto la tarjeta trae una IP fija, en el caso del ejemplo esta IP es 192.168.11.2 por lo tanto
debemos tener en nuestro computador una IP dentro de la misma red, por ejemplo 192.168.11.3,
para lo cual deberemos configurar nuestra interfaz de red Ethernet con ese valor. Si usamos una
conexión a nuestro PC (por medio de un cable “cruzado2” entre las dos interfaces), bastará con
esperar unos pocos segundos o presionar el botón “Search” de la interfaz de configuración.
2
Las interfaces de red modernas (2005 en adelante) tienen la capacidad de modificar los pines de recepción
y transmisión, por lo cual podemos realizar una conexión directa o cruzada usando cualquier cable de red.
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Si todo resulto bien, en la sección “Board List” deberá aparecer la MAC de nuestra tarjeta (la cual
podemos encontrar en la parte inferior del módulo web WIZ220IO.
Adicionalmente, la conexión a la tarjeta la podemos hacer mediante un router. Para ello debemos
conectar nuestro PC y la Tarjeta WIZ220IO al router y nuevamente presionar “Search”, deberá
aparecer en la sección “Board List” nuestra tarjeta.
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Utilizar un router facilita el proceso de configuración, en especial si nuestro PC está funcionando
en la red que provee el router, en caso que esto último no sea así se recomienda asignar las
siguientes direcciones:
Dispositivo Dirección IP
ROUTER
192.168.11.1
PC
192.168.11.3
WIZ220IO
192.168.11.2 (valor por defecto, no es necesario asignarlo).
En este punto ya estamos listos para configurar la tarjeta WIZ220IO
Lo primero que obtendremos cuando hayamos conectado con la tarjeta WIZ220IO es la interfaz
inicial, pero con los parámetros leídos desde la tarjeta. Acá podemos modificar algunas
características, como asignar una nueva IP Estática o que obtenga su IP en forma dinámica.
También podemos cambiar el puerto mediante el cual se accede a la interfaz web, que por defecto
es el 80 (para entrar por medio de un navegador o interactuar con la tarjeta por medio del
protocolo HTTP).
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De todas formas, los valores por defecto que trae la tarjeta son suficientes para operar de manera
fácil y transparente (quizá sea necesario cambiar la IP para poder operar en otra red o en la red
provista por el router, y así poder acceder sin problemas a la interfaz Web).
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Guardando configuraciones
Una vez que nos hayamos familiarizado con la interfaz y queramos guardar cualquier
configuración realizada, debemos presionar el botón “Settings” (debemos tener la precaución que
exista comunicación con la tarjeta).
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Este procedimiento lo podemos usar para guardar las configuraciones de la interfaz serial, por
ejemplo:
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Cómo operar las entradas/salidas por medio del ConfigTool
En la tercera pestaña encontraremos la opción Input/Output, en la cual podemos escribir las
salidas y leer las entradas.
Para nuestro sistema tenemos que las salidas digitales DO_4, DO_5, DO_6, DO_7 están conectadas
a los relés, por lo cual podemos comprobar fácilmente su operación.
Salida
Relé
DO_4
OUT4
DO_5
OUT3
DO_6
OUT2
DO_7
OUT1
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Las salidas DO_1, DO_2, DO_3 están conectadas a la regleta lateral.
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Si hemos conectado algún actuador a las salidas (de alta o baja potencia), podremos activarlas de
manera simple a través de esta interfaz, simplemente debemos seleccionar/deseleccionar las
salidas que queramos probar.
Para nuestro ejemplo desactivaremos las salidas DO_6 y DO_7 y presionaremos “Update I/O
States” (y lo dejaremos presionado): podremos ver como se desactivan los relés asociados.
Para las salidas digitales de baja potencia, podemos conectar algún actuador/indicador (como un
led) o simplemente medir su estado con un tester. Podremos observar cómo se modifica su estado
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al igual que con los relés. Debemos notar que las salidas y entradas digitales de la regleta lateral
comparten una tierra común (GND).
Podemos observar que las entradas están todas en verde (encendidas), esto se debe a que se
encuentran en una configuración PULL-UP (3.3 [VDC]), por ende al activarlas desde la regleta
lateral estas tomarán valor 0 (rojo): su lógica es negada y debemos tomar nota de esto para su
correcta utilización. Para probarlas podemos simplemente conectar un el pin correspondiente en
la regleta a su tierra común.
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Las entradas optoacopladas se operan de manera similar a lo anterior, pero como en este caso
debemos encender el LED interno del optoacoplador, tendremos que proveer la alimentación y la
tierra (con lo cual tenemos la enorme ventaja de separar cualquier interferencia desde nuestros
sensores!).
Conexión entrada optoacoplada
Conexión entrada optoacoplada
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Cómo operar las entrada/salidas desde la página Web
La tarjeta WIZ220IO permite operar el sistema desde una interfaz Web, lo cual entrega múltiples
ventajas (como una rápida y fácil interacción e integración con otros sistemas). Para acceder a la
página debemos abrir un navegador e ingresar la dirección IP que hayamos configurado (y que
debe estar dentro de nuestra red o ser una IP Pública).
Esta será la primera pantalla que se nos presentará al acceder a la interfaz del módulo Wiznet,
podemos ver que se divide en dos partes principales: Un menú lateral izquierdo y una página con
información de las salidas (o entradas) en la sección derecha.
En este punto estamos conectados directamente al módulo Wiznet y podemos operar de manera
similar a como lo hicimos en la sección del “Configuration Tool “, pero nos daremos cuenta que es
mucho más rápido operar por este medio. Como habíamos mencionado, las salidas digitales DO_4
a DO_7 están conectadas a los relés y podemos operarlas directamente. Probemos con
desactivarlas, y luego presionamos el botón de la parte inferior “Digital Output Config”.
En la parte central podemos ver un cuadro de texto y un botón, esta es la interfaz serial presente
en el módulo Wiznet IO, según los parámetros que hayamos configurado para el puerto serie
usando el “Configuration Tool”, podemos conectarnos a través de algún terminal serial.
Si presionamos el botón “UART Output” veremos cómo se envía el ‘string’ escrito en el cuadro de
Texto, y si activamos la casilla “Enable Serial Debug Mode” cuando configuramos el módulo,
podremos ver mensajes generados cuando realicemos los procesos de modificación de la página
web y firmware (entre otros).
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Ahora nos pasaremos al segundo link del menú lateral, presionando en “Digital Input”
accederemos a la siguiente pantalla:
Acá podemos ver el estado de las entradas digitales, y como se mencionó previamente si unimos
cualquier entrada a tierra podremos ver cómo cambia su estado. La idea es conectar a estas
entradas diversos Sensores Digitales para poder monitorear su estado, como puede ser un sensor
de presencia que nos alerte sobre el ingreso a un lugar no autorizado.
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El tercer link del menú lateral, nos permite operar las dos salidas análogas de las que dispone el
módulo WIZ220IO, las cuales pueden generar valores que van entre los 0 y 4 [VDC]. Si observamos
el texto en naranja, veremos que los valores del contador varían entre 0 y 4095, con lo cual
podemos aproximar que cada unidad del contador nos entregará como salida 1 [mV]
aproximadamente.
Probaremos colocando 2000 en el contador y presionaremos el botón que se encuentra al lado
derecho “AI_0 Output3”. Con un tester podemos medir la salida análoga generada y veremos que
el valor medido es 1.95 [V] (muy cercano a los 2 [V] por cierto).
3
Aquí se puede observar un error en el label del botón, pues debería ser AO_0 y AO_1, refiriéndose a
“Analog Output”, sin embargo esto se puede corregir cuando modifiquemos el código fuente.
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Presionando el cuarto link del menú lateral, entraremos al submenú de las entradas análogas.
La tarjeta WIZ220IO, dispone de dos entradas análogas. Estos valores son de lectura, y debemos
conectar un voltaje entre 0 y 5 [V], y nos entregara un valor equivalente para el contador que varía
entre 0 y 4095 (a diferencia de las salidas, la relación con el contador no es tan directa).
De esta forma, podemos estar monitoreando cualquier sensor que opere en el rango de 0 a 5 [V],
o por medio de una configuración de adaptación (con resistencias por ejemplo), podemos adaptar
la lectura de cualquier sensor análogo que opere en un rango más alto.
En la imagen podemos ver un ejemplo de las dos entradas operando.
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Cómo Cargar una nueva página web
Para cargar esta nueva página web incluiremos la modificación del logo y del título principal. Lo
primero entonces, es obtener el código fuente de la página web del módulo WIZ220IO y un nuevo
logo (usaremos para este ejemplo el logo de MCI disponible en su sitio). Una vez que tenemos el
logo, miramos sus propiedades y anotamos las medidas de la imagen (se pueden usar imágenes
GIF y JPEG, también otros formatos soportados por el lenguaje HTML), para nuestro caso el
archivo de llama mci.jpg y sus dimensiones son 180x175 pixeles.
Ahora debemos modificar los siguientes archivos (index.html y left.htm) para cambiar el titulo
(index.html) y el logo (left.htm), en esta última además podemos cambiar a donde apunta el link
asociado al logo.
Index.html
<title>WIZ220IO : Remote I/O Module - WIZnet</title>
<title>WIZ220IO: Control en Forma Remota de Entradas y Salidas</title>
Left.htm
<a href="http://www.wiznet.co.kr" target="_blank">
<img src="logo.gif" width="112" height="39" border="0">
<a href="http://www.olimex.cl" target="_blank">
<img src="mci.jpg" width="180" height="175" border="0">
El siguiente paso es crear una ROM para cargar el nuevo sitio, con las modificaciones
recién realizadas.
En la misma carpeta del código fuente de la página, encontraremos la aplicación
RomFileMaker.exe, la cual luce de la siguiente forma:
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Una vez que hayamos realizado y guardado las modificaciones a nuestro sitio web de ejemplo,
procederemos a cargar los archivos en la aplicación para crear la nueva ROM.
Debemos incluir sólo los archivos necesarios, que corresponden a los que tienen extensión HTML,
HTM y JPEF/GIF (según haya sido la elección del logo). Para agregar los archivos, debemos
presionar “Add Files”, y se nos presentará la siguiente ventana:
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Seleccionamos los archivos necesarios y presionamos “Abrir”.
Si todo marcha bien, nuestro programa deberá mostrar la siguiente información:
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En este punto, estamos listos para crear nuestra ROM, para ellos asignamos un nombre apropiado
a nuestra nueva ROM y presionamos “Make Image”.
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Luego de esto, nos vamos al “Configuration Tool” (si lo hemos cerrado, solo debemos repetir el
proceso para hacer la búsqueda de la tarjeta).
Una vez que hayamos conectado con la tarjeta, presionamos el botón “Webpage”, seleccionamos
la ROM desde su ubicación y presionamos “Abrir” y listo! Ya tenemos operando un nuevo sitio en
nuestra tarjeta: solo debemos recargar (F5) la página en nuestro navegador y podremos observar
los cambios realizados.
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¿Qué más podemos hacer?
Se pueden realizar tareas más avanzadas, por ejemplo podemos modificar los archivos html y/o
htm para obtener cambios más profundos, también desde el código podemos observar que las
salidas se pueden manejar por medio de métodos GET y las entradas se pueden configurar por
medio de la URL. En nuestro caso, como se utiliza un sistema con FRAMES para el despliegue de la
página web esto queda oculto, sin embargo el control de las entradas y salidas se puede agregar a
cualquier interfaz web propia! Ya sea para su uso o manejo a través de una interfaz PHP, guardar
los valores leídos a una Base de Datos, desplegar gráficos de la evolución de las variables, generar
informes históricos y/o en tiempo real.
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Extra 1: Uso de los Optoacopladores
Un optoacoplador es un aislador acoplado ópticamente, es un dispositivo de emisión y recepción
que funciona como un interruptor mediante la luz emitida por un diodo LED que satura un
fototransistor. De este modo se combinan en un solo dispositivo semiconductor, un fotoemisor y
un fotoreceptor cuya conexión entre ambos es óptica. Estos elementos se encuentran dentro de
un encapsulado y se suelen utilizar para aislar eléctricamente dos dispositivos o para proteger uno
de ellos (generalmente se protege el microcontrolador). Además, como funciona de aislador
óptico, podemos no conectar la tierra (GND) del circuito que alimenta al led con la tierra (GND) de
la tarjeta, consiguiendo con esto un funcionamiento completamente independiente.
LOS OPTOACOPLADORES SON ELEMENTOS ACTIVOS Y PARA SU OPERACIÓN DEBEMOS
ENERGIZAR EL LADO DEL LED CON UN MAXIMO DE 24 [VDC].
En nuestro caso, para que las entradas optoacopladas funcionen correctamente debemos proveer
la energía necesaria para estimular el diodo de entrada que realizará la activación de nuestra
salida.
En general, podemos usar la salida de los sensores para activar el led y con esto notificar a nuestro
servidor Web que la entrada ha sido activada (por medio de la tarjeta WIZ220IO).
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Como podemos observar, al activar el circuito del led (S1 cerrado) el transistor interno del
optoacoplador quedará conduciendo, y esto hará que la salida quede en CERO lógico. Por el
contrario, cuando el circuito del led esta desactivado (S1 abierto) el transistor se encontrará
cortado y la salida del optoacoplador estará en UNO lógico.
Lo anterior explica por qué el manejo del optoacoplador debe hacerse considerando lógica
negada, lo cual es controlable por medio de la plataforma de la que hagamos uso.
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