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El kit de montaje E-Tronic se ocupa del emocionante tema de la electrotécnica/electrónica. Para comenzar, te enseñaremos los fundamentos de un circuito de corriente simple y, a continuación, conocerás diferentes componentes electrónicos como la resistencia, el condensador o el transistor. Mediante ejemplos prácticos con los modelos, aprenderás a incorporar estos interesantes componentes en circuitos y dispositivos, y a poder controlarlos.
Historia
Los inicios de la electrotécnica/electrónica se remontan a los siglos XVII y XVIII. En esto se basaron los científicos a lo largo del siglo XIX. Fue así que Alessandro Volta desarrolló la pila voltaica, la primera batería con capacidad funcional. Philipp Reis inventó el teléfono y, de este modo, la transmisión eléctrica de la voz. En 1879 se encendió la luz en el mundo a través del invento de Thomas Alva Edison: la bombilla incandescente de filamento de carbono.
Erasmus Kittler creó en el año 1883 en la Escuela Técnica Superior de Darmstadt el primer curso mundial de estudios en el área de la electrotécnica. En 1884, Heinrich Hertz logró demostrar la existencia de las ondas electromagnéticas. Este fue el inicio de la transmisión radioeléctrica inalámbrica.
En 1905, J. Ambrose Fleming inventó la primera válvula de radio. Manfred von Ardenne creó, con ayuda de un tubo de rayos catódicos, el primer televisor electrónico.
La fabricación del primer ordenador mundial con capacidad funcional, creado por Konrad Zuse en el año 1941, fue un hito para la electrónica.
Con la invención del transistor, se sustituyó la era de las válvulas. Así se pudieron construir muchos dispositivos nuevos de forma sumamente compacta. En el año 1958, Jack Kilby desarrolló el primer circuito integrado (CI). Este desarrollo hizo posible la actual tecnología de chips procesadores y, con esto, la creación de los ordenadores modernos.
Esto demuestra la importancia de estos inventos y cómo siguen enriqueciendo aún hoy nuestra vida cotidiana.
Fundamentos de la electrónica
¿De dónde viene el término «electrónica»? Electrónica proviene de la palabra griega «electrón». También se puede decir que está compuesto por dos palabras, el término «electrón» y «técnica». La electrónica es, por lo tanto, la tecnología de los electrones.
La electrónica se puede dividir en cinco áreas:
- Electrónica analógica
- Electrónica digital
- Lógica de la electrónica digital
- Electrónica de alta frecuencia
- Electrónica de potencia
Conocerás más de cerca tres de estas áreas: la electrónica analógica, la electrónica digital y la lógica de la electrónica digital.
Fuente de alimentación
Por lo general, utilizarás la pila de 9 V en el compartimento para todas las pruebas de este kit de montaje.
Conecta un LED a la fuente de alimentación. Para esto, monta el modelo «circuito de corriente simple» del manual de instrucciones.
Si deseas representar diferentes componentes de la electrónica, debes utilizar los símbolos para esto
Tarea:
¿Qué observas cuando el LED está conectado a la fuente de alimentación?
Respuesta:
La lámpara se enciende. Si desconectas un cable, la lámpara se vuelve a apagar. Has creado un circuito de corriente y la corriente fluye en «círculo» en el sentido literal de la palabra. Es decir, un circuito desde el polo positivo de la fuente de alimentación a través del conducto rojo hacia la lámpara y de regreso a través del circuito verde hacia el polo negativo de la fuente de alimentación. Si interrumpes un punto del circuito de corriente, por ejemplo, desconectando un cable, la corriente ya no podrá fluir.
Circuito de corriente simple con pulsador
En el modelo «circuito de corriente simple con pulsador», utilizas un nuevo componente: el pulsador. Este es necesario para conectar o desconectar el circuito de corriente con el LED.
Monta el modelo como indica el manual de instrucciones y conecta los componentes eléctricos de acuerdo con el esquema de conexiones. Como se observa en el esquema de conexiones, el pulsador tiene diferentes posiciones de interruptor.
Indicación técnica sobre el pulsador:
El pulsador tiene tres conexiones. Según la aplicación, el pulsador se puede emplear de dos formas:
Como «contacto de cierre»: Los contactos 1 y 3 se conectan.
.. Pulsador apretado: La corriente fluye.
... Pulsador no apretado: La corriente no fluye.
Como «contacto de apertura»: Los contactos 1 y 2 se conectan.
... Pulsador apretado: La corriente no fluye.
... Pulsador no apretado: La corriente fluye.
Tarea:
Piensa si el pulsador funciona como «contacto de apertura» o como «contacto de cierre».
Probador de continuidad
El probador de continuidad es un instrumento de medición importante para el electricista. Con él es posible determinar interrupciones en un circuito eléctrico o en un cable. Monta el probador de continuidad y conecta los componentes eléctricos de acuerdo con el esquema de conexiones.
¿Tienes ya una idea de cómo podría funcionar? Entonces simplemente comienza y pruébalo. Como puedes ver en el esquema de conexiones, necesitas dos contactos abiertos que estén sujetos al circuito que se debe probar. Si el circuito está en orden, la corriente fluye y el LED emite una señal óptica. Si el circuito presenta un fallo, es decir, una interrupción, el LED permanece apagado.
Tarea:
Prueba diferentes materiales con el modelo. ¿Cuál material conduce la corriente eléctrica y cuál no? Puedes utilizar, por ejemplo, madera, metal o papel.
Iluminación de refrigerador
Las funciones del pulsador se aplican al modelo de iluminación de refrigerador. Monta el modelo y conecta los componentes eléctricos. ¿Cómo es el modo de trabajo de la iluminación del refrigerador? Al abrir la puerta, se debe encender la iluminación interior. Al volver a cerrar la puerta, la iluminación interior se debe apagar.
Tarea:
Para esta tarea, piensa si el pulsador debe funcionar como «contacto de apertura» o como «contacto de cierre».
En las próximas dos tareas, aprenderás sobre circuitos en serie y en paralelo. Para esto, debes montar diferentes modelos mediante el manual de instrucciones.
Circuito en serie con máquina
Para la fabricación de componentes en la industria, se utilizan máquinas. A fin de evitar que las manos del operador queden aprisionadas en la máquina, este debe accionar un pulsador con cada mano para dar inicio al proceso de trabajo. Estos pulsadores se accionan en serie. Se denomina también «circuito AND» («circuito Y»).
Cuando se presionan el pulsador 1 Y el pulsador 2, se pone en marcha el motor de la máquina. Los estados del circuito también se pueden representar en una tabla.
Monta la máquina para la demostración del circuito en serie. Para esto, utilizas un nuevo componente: el motor.
Tarea: Infórmate en Internet acerca del funcionamiento de un motor de corriente continua. ¿Qué sucede cuando intercambias las conexiones del motor?
Circuito en paralelo
¿Te gustaría poder abrir la puerta de casa desde tu cuarto y también desde el intercomunicador? Esto es posible mediante un circuito en paralelo de dos pulsadores.
La disposición de los pulsadores se denomina «circuito OR» («circuito O»). Cuando se presiona el pulsador 1 O el pulsador 2 o se presionan ambos pulsadores, se acciona el contacto de apertura de la puerta. Los estados del circuito también se pueden representar en una tabla.
Monta el modelo de demostración del contacto de apertura eléctrico de la puerta para la simulación del circuito en paralelo. En lugar del contacto de apertura, utiliza el LED del kit de montaje. En el esquema de conexiones puedes ver el símbolo gráfico del contacto de apertura de la puerta.
Circuito de conmutación de la iluminación del pasillo
El circuito de conmutación sirve para encender o apagar una o varias luces desde dos sitios diferentes. Se emplea en pequeños pasillos, vestíbulos y cuartos con dos entradas. Para el circuito, necesitas los dos pulsadores del kit de montaje. Monta el modelo como indica el manual de instrucciones y conecta el circuito.
Tarea: ¿Qué sucede cuando accionas un pulsador (interruptor) en tu modelo? ¿Qué sucede cuando accionas el segundo pulsador (interruptor)?
Elevador con conmutador de polos
De seguro ya habrás notado que en el compartimento hay un interruptor con tres posiciones. Este interruptor se denomina interruptor cruzado o conmutador de polos. Es un interruptor con cuatro conexiones. Dos de ellas están conectadas entre sí. Al accionar el interruptor, las conexiones se intercambian.
Tarea: Intenta reconstruir el esquema de conexiones del conmutador de polos con tus dos pulsadores y colócalo directamente en tu modelo.
Resistencia
La resistencia es un componente pasivo de dos polos que se representa en ohmios (Ω). Las resistencias se utilizan para lo siguiente:
Condensador
Un condensador es un componente eléctrico con la capacidad de almacenar cargas eléctricas y la energía relacionada a esto. Está compuesto por dos placas de metal de igual tamaño (electrodos).
Estas placas están separadas entre sí por medio de un material aislante «dieléctrico». ¿Pero cómo funciona todo esto? Un flujo de corriente que circula a través de un condensador carga uno de los electrones de forma negativa y el otro de forma positiva. Es decir, la carga/tensión V que se forma sobre las placas de metal se almacena.
En tus próximos modelos, puedes utilizar el condensador como elemento para determinar la frecuencia. Junto con la resistencia, es posible determinar la duración de intermitencia de un LED. La capacidad del condensador se indica en faradios (F).
LED
Un diodo emisor de luz es un componente semiconductor que emite luz. La abreviatura es LED. La abreviatura procede del término inglés "light-emitting diode" (diodo emisor de luz). Cuando una corriente eléctrica circula por el diodo, éste emite luz. La longitud de onda (color de la luz) depende del material semiconductor y del dopaje.
El cátodo (-) está marcado por un aplanamiento en la base de la carcasa.
Importante: Los LED utilizados en el kit están integrados en un bloque de lámparas. Aquí sólo hay que prestar atención a la polaridad correcta, como se indica en las instrucciones de montaje.
Por regla general, los LED funcionan con una tensión de 2 V y un consumo de corriente de aprox. 20 mA. Su batería suministra una tensión de 9 V. Por lo tanto, hay que conectar una resistencia antes para consumir los 7 V restantes. El tamaño de la resistencia puede calcularse con la ley de Ohm.
R (resistencia) = U (tensión)/I (corriente), es decir, 7 V/0,02 A = 350 Ω.
Importante: Los LED que utilices en tu kit no necesitan una resistencia en serie adicional. Ésta ya está integrada en la carcasa del LED.
Transistor
El transistor, también llamado transistor bipolar, es asimismo un componente electrónico. Se emplea para conmutar y amplificar señales eléctricas. Los transistores son los componentes más importantes en los circuitos electrónicos. Desempeñan un papel fundamental en los circuitos integrados. El nombre del transistor proviene de su función. Si se modifica la resistencia de una capa semiconductora, también resulta afectada la resistencia de la otra capa. El término proviene de la contracción del inglés «transfer resistor» (resistor de transferencia).
Tarea: Infórmate sobre el empleo y el funcionamiento de un transistor como interruptor. Podrás encontrar mucha información en Internet.
Intermitente simple
Por motivos de seguridad, los aerogeneradores, las antenas de telecomunicaciones, las torres de radiodifusión y los aviones tienen luces intermitentes a fin de poder visualizar su posición. Monta el modelo de demostración del circuito intermitente y conecta los componentes eléctricos de acuerdo con el esquema de conexiones.
El condensador es, en principio, un almacenador de carga vacío. A medida que se carga, no puede fluir ninguna corriente de base a T2 y el LED1 se apaga. Cuando el condensador tiene suficiente carga, vuelve a fluir la corriente de base y el LED se vuelve a encender.
Sensor de contacto
Es usual encontrar sensores de contacto como interruptores para abrir puertas o encender luces. La estructura del circuito se denomina profesionalmente «transistor Darlington». Monta el circuito como indica el manual de instrucciones.
Tarea: Toca ambos extremos no aislados de los contactos del conector con dos dedos. ¿Qué sucede? ¿Qué sucede si tocas el conector con los dedos totalmente secos?
El hecho de que el LED se ilumine depende de la amplificación de corriente de ambos transistores. Esta amplificación es suficiente para obtener un interruptor de contacto efectivo. ¿Por qué la resistencia R1? Esta protege ambos transistores del exceso de corriente que habría sobre la base cuando conectas directamente los dos contactos.
Tarea: Toca solo el contacto que conduce a la base del transistor Darlington y mueve tus pies sobre el suelo. ¿Qué sucede con el LED?
Según las características del suelo y del material de las suelas de tus zapatos se genera una carga más o menos intensa (carga estática). Esto se puede observar a través del parpadeo del LED.
Tarea: Sustituye el LED por un motor. ¿El transistor Darlington enciende también el motor y lo hace funcionar?
Fuente de alimentación
El módulo E-Tronics solo funciona al conectarlo a una fuente de alimentación de 9 V. Para esto debes utilizar el compartimento con una pila de 9 V. Al conectarlo, ten en cuenta la polaridad correcta (rojo = positivo). Si el módulo se ha conectado de manera correcta a la fuente de alimentación, se encenderá el LED verde.
Entradas I1 - I3:
En estas entradas puedes conectar sensores de fischertechnik. Estos le envían información al módulo. Los sensores disponibles son los pulsadores, un interruptor de lengüeta y circuitos electrónicos.
Salidas motor M1 y M2:
En las salidas puedes conectar un motor, un LED o también un circuito electrónico. El modo en que se accionan las salidas depende del programa elegido y el estado de las entradas.
Interruptor deslizante (interruptor DIP) 1-5:
La posición de cinco interruptores deslizantes, también denominados interruptores DIP, determina el funcionamiento del módulo E-Tronics. Con estos interruptores puedes ajustar el programa deseado. Ten en cuenta que los interruptores DIP se encuentren en la posición necesaria para el modelo correspondiente. Cada interruptor tiene dos posiciones: «ON» (arriba) y «OFF» (abajo).
Al comenzar tus pruebas, coloca todos los interruptores DIP en «OFF».
Modelo funcional con módulo E-Tronics
Importante: El módulo E-Tronics comprueba, al encender la fuente de alimentación, qué programa se debe ejecutar. Por este motivo, configura primero el programa deseado y, a continuación, conecta la fuente de alimentación.
Si el interruptor DIP5 se encuentra en «OFF», se encuentra activado el llamado programa básico. Este es un programa universal con el cual puedes controlar múltiples modelos. Para las tareas del programa básico, utiliza el modelo funcional con módulo E-Tronics. Conecta los componentes eléctricos al módulo E-Tronics como indica el manual de instrucciones.
En este modelo se utiliza un nuevo sensor, el llamado interruptor de lengüeta. Se trata de un interruptor que se cierra cuando se acerca un campo magnético. Puedes conectar el interruptor de lengüeta en tu modelo funcional en la entrada I3. También encontrarás un imán para cerrar el interruptor en el kit de montaje:
Tarea: Presiona brevemente el pulsador en I1: el motor gira. Presiona el pulsador en I2: el motor gira hacia la otra dirección. Sostiene el imán en el interruptor de lengüeta en I3, ¿qué observas?
Los interruptores deslizantes 1-4 tienen funciones especiales en el programa básico:
DIP1 - DIP3: Invierte la función de las entradas. Si el interruptor DIP 1 se encuentra en «ON», la entrada se activa al soltar el pulsador. Esta función resulta útil, por ejemplo, al emplear una barrera fotoeléctrica. La entrada se activa cuando se interrumpe la barrera fotoeléctrica.
Tarea: Piensa cómo se debe colocar el DIP3 para que el motor se detenga al retirar el imán del interruptor magnético.
Tarea: Modifica la velocidad de giro del motor con el potenciómetro.Con el DIP4 (0) es posible regular, en el programa básico, la velocidad del motor en M1 mediante el potenciómetro. Esta resistencia variable ha sido incorporada en tu módulo Electronics. Si el interruptor se encuentra en «ON», es posible modificar la frecuencia de parpadeo en M2.
Circuito de bolas
El circuito de bolas es el primer modelo propiamente dicho que controlarás con el programa básico del módulo E-Tronics. Para ello, realiza el montaje del modelo en función de las instrucciones y ajusta los interruptores DIP del módulo E-Tronics del siguiente modo:
Con el pulsador, puedes poner el motor en marcha. Una vez que el imán que transporta la bola hacia arriba alcanza el interruptor de láminas, el motor se detiene. Cuando la bola desciende, acciona el pulsador debajo del circuito y el motor vuelve a ponerse en marcha para transportar la bola hacia arriba.
Tarea: El motor puede ponerse en marcha con un pulsador o el otro. ¿Cómo se denomina a este tipo de circuitos?
Respuesta: Circuito en paralelo
Sistema de alarma
El sistema de alarma es el primer modelo para el que hay un programa especial. Realiza el montaje del sistema de alarma en función de las instrucciones correspondientes y conecta los componentes eléctricos con el módulo E-Tronics.
Coloca el interruptor DIP4 en la posición «ON». De este modo, habrás abierto el programa para controlar el sistema de alarma. ¿Cómo se supone que debe funcionar? Una vez que se abre la puerta, la lámpara roja (LED) comienza a parpadear. Al cerrar la puerta nuevamente, el LED continúa parpadeando. Solo al presionar otro pulsador (que desconecta el sistema de alarma), se apaga el LED. Con el programa especial, puedes realizar el montaje de un verdadero sistema de alarma. Así, puedes, incluso, asegurar la puerta de tu habitación para que no entre nadie que no quieras.
Control del elevador
El elevador que previamente has equipado con un conmutador de polos también puede controlarse con el módulo E-Tronics. Para ello, también se usa un programa especial. Ajusta los interruptores DIP del módulo E-Tronics del siguiente modo:
Al accionar el interruptor de láminas con el imán, el elevador se desplaza hacia la otra planta, es decir, hacia arriba si está abajo, o hacia abajo si está arriba.
Tarea: ¿Qué ventajas tiene este control del elevador, en comparación con el control con el conmutador de polos que ya has probado
Respuesta:
Ventilación del baño
Cuando un cuarto de baño no puede ventilarse abriendo una ventana, se debe ventilar con algún tipo de dispositivo. Posiblemente conozcas alguno de estos casos por los baños públicos, en los que se enciende un ventilador de forma automática al ingresar.
En tu ventilación para el baño de fischertechnik, el ventilador comienza a funcionar al encender la luz. Al volver a apagar la luz, el ventilador continúa funcionando por unos segundos y, después, vuelve a apagarse. Por medio del potenciómetro, puedes configurar cuántos segundos debe continuar funcionando una vez apagada la luz (0,5 s - 5 s).
Coloca los interruptores DIP3 y DIP4 en «ON». De este modo, habrás abierto el programa para controlar la ventilación del baño.
Puerta de cochera
Tener una cochera con una puerta que se abre y cierra de forma automática gracias a un motor, es muy cómodo. Quizás también vosotros tenéis una puerta así en vuestros hogares.
Realiza el montaje del modelo con las instrucciones correspondientes y conecta los componentes eléctricos. Coloca los interruptores DIP como se muestra en el esquema de conexiones.
¿Cómo debe funcionar la puerta de la cochera?
Al iniciar el programa, la puerta se cierra. Al mismo tiempo, se enciende la luz roja del semáforo. Si sostienes el imán en el interruptor de láminas, la puerta de la cochera se abre. Cuando la puerta está abierta, se enciende la luz verde del semáforo. El interruptor táctil asegura que se cierre la puerta. Antes, se enciende la luz roja del semáforo.
Tarea: ¿Cómo se denomina en lenguaje técnico al circuito electrónico del interruptor táctil?
Respuesta: Circuito Darlington
Programas especiales para tecnología digital
Si ya has probado todos los modelos del kit de montaje, queremos mostrarte otras funcionalidades que se esconden en el módulo E-Tronics. Seguramente puedas usar estas funciones para tus propias ideas de modelos. Hay programas preestablecidos, con los que puedes construir circuitos lógicos (monoestable, biestable, función AND u OR). Lógicamente, si conectas varios módulos E-Tronics, será más divertido.
Dado que esto excede al marco de este kit de montaje, en el siguiente enlace encontrarás más información sobre estas funciones .
Solución de problemas
Siempre es frustrante cuando has construido un modelo y no funciona como querías. Aquí tienes algunos consejos para solucionar los fallos que puedan surgir.
Importante: El programa ajustado sólo se consulta al conectar el módulo E-Tronics. Si modifica el programa entretanto, deberá interrumpir brevemente el suministro de corriente para que se active el nuevo programa.
Solución de errores
Siempre es frustrante construir un modelo y que no funcione como hubiésemos querido. Por eso, aquí te dejamos algunas sugerencias para resolver eventuales errores.
Nota:
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Programa |
DIP1 |
DIP2 |
DIP3 |
DIP4 |
DIP5 |
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Programa básico:M1: Motor con la función: |
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0 |
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I1 = Motor izquierda I2 = Motor derecha I3 = Parada del motor |
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M1: La velocidad del motor puede ajustarse por medio del potenciómetro |
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M2: Luz intermitente o marcha del motor hacia la derecha/izquierda, frecuencia 0,5s |
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M1: Velocidad del motor constante |
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M2: Frecuencia ajustable en el potenciómetro de 0,5s a 5 s |
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I1, I2 e I3 como entrada (contacto de cierre) |
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I1, I2 e I3 como entrada (contacto de apertura) |
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Sistema de alarma |
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Elevador con módulo E-Tronics |
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Ventilación del baño |
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Puerta de cochera |
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1 |
0 |
1 |
1 |
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LED |
Descripción |
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La luz del LED se enciende de forma permanente |
La alimentación energética funciona correctamente, el módulo de electrónica está listo para usarse |
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El LED parpadea 1 vez |
Entrada en I1, I2 o I3 |
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El LED parpadea 4 veces de manera breve, hace una pausa, y vuelve a parpadear 4 veces |
Cortocircuito en M1 y/o M2 |
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El LED no se enciende después de conectar la alimentación energética |
Error en la alimentación energética, polarización invertida en la alimentación energética o defecto en el módulo de electrónica (contactar con el servicio de atención al cliente de fischertechnik) |
Medición de la tensión y la corriente con un multímetro (no incluido en el kit de montaje)
Si tienes un multímetro, es decir, un instrumento de medición con el que puedas medir tensión, corriente y resistencias, puedes perfectamente utilizarlo para llevar a cabo mediciones interesantes con los modelos y componentes de este kit de montaje.
A modo de ejemplo, puedes medir si las resistencias incluidas en el kit de montaje realmente cumplen con los valores impresos en la placa. Asimismo, puedes asegurarte de que los cables que hayas montado estén conectados correctamente y conduzcan la corriente.
Al medir la tensión, puedes comprobar que tu batería aún suministre una cantidad suficiente de tensión para alimentar a los modelos.
Con la medición de corriente, puedes observar cuánta corriente consume un motor o un LED.
¡Pruébalo! Las instrucciones de uso del multímetro te ayudarán a realizar las mediciones de forma adecuada.
Esperamos que te hayas divertido al controlar los modelos del kit de montaje PROFI E-Tronic. Quizás, incluso, puedas hacer realidad algunas ideas de modelos y controlarlas con el módulo E-Tronics. Seguramente llegará el momento en que el programa básico ya no te sea suficiente para controlar modelos de manera adecuada y tampoco haya un programa especial apto para esto.
Tal vez, tu modelo incluya varios motores y pulsadores, y quieras poner en práctica un proceso técnico determinado. Eso significa que estás preparada o preparado para el siguiente paso en la tecnología de control. El programa ROBOTICS de fischertechnik. Allí encontrarás módulos de control que puedes programar tú misma o tú mismo. El BT Smart Controller se controla por medio de un smartphone o un tablet con el software ROBOPro Smart y tiene 2 salidas del motor y 4 entradas. Con el TXT 4.0 Controller, puedes controlar cuatro motores y 3 servomotores al mismo tiempo. Además, tiene ocho entradas para pulsadores, fototransistores o interruptores de láminas. Asimismo, puedes usar Bluetooth, wifi y mucho más.
