jueves, 25 de noviembre de 2010

COLA.2


Hace ya bastantes meses (Nuevo Oficio), hice unos experimentos para poder comprobar si era factible hacer un control PWM para alimentar las locomotoras, regulado desde un programa de ordenador. Este elemento recibió el nombre de COLA y la verdad es que funcionó bien, aunque yo no estaba absolutamente conforme con el diseño, ya que me basé en un elemento, el potenciómetro digital DS1669-100 que resultó un tanto caprichoso. También hubo un problema al interaccionar un canal con otro, lo cual me obligó a hacer un complicado diseño con fuentes de alimentación distintas para cada cantón. Por esta razón cuando me di cuenta de que las placas de Velleman tenían dos salidas de tipo PWM, pensé que podría repensar el control de las locomotoras en base a estas salidas.

Tenía que probar si esto era factible, antes de tomar la decisión de cambiar a este nuevo sistema de control, ya que. al menos en una pequeña parte afecta al sistema de control de desvíos y demás aparatos de vía que estoy a punto de terminar. Ya comenté que la forma de conseguir controlar varias placas simultáneamente pasaba por tener abiertas varias instancias de un programa de comunicaciones cuyo funcionamiento es diferente al de las placas Micropick, así que tenía que decidir si efectivamente iba a necesitar tener activas más de una placa, y eso sólo era necesario si iba a usar el control PWM de estas placas.

Una dificultad que he encontrado es que Velleman, que explica bastante bien otros temas, no dice prácticamente nada acerca de las salidas PWM en sus manuales. Afortunadamente, en la web de Velleman hay un foro, y buscando las preguntas acerca de la placa K8055 encontré varias preguntas acerca de cómo conectar las salidas PWM para controlar motores. Tal como yo intuía , se trata de llevar la salida producida por la placa a la base de un transistor, cuya corriente de colector regula la intensidad que pasa por el motor. Sin embargo nunca está de más ver un esquema con la forma práctica de hacerlo, y en efecto, en este foro aparece este esquema varias veces.

El transistor queda un poco en el aire, pero he recordado que en el diseño del primer COLA utilicé un transistor MPSA13 que es un transistor Darlington, por tanto con una gran ganancia de corriente, así que parece que ese tipo es el apropiado. Recuerdo que hice algunas pruebas con dos locomotoras y se calentaba bastante, por lo que este transistor parecía estar muy justito. Algún lector del blog se lamentó de que si tenía algún tren con dos motores, o que si quería hacer una doble tracción, esa alimentación iba muy justa. Por este motivo he seleccionado un transistor más potente y he escogido el TIP110. Es un transistor también tipo Darlington,  con 2 Amperios de corriente de colector.

Había que probar todo esto, así que esta mañana he hecho un montaje con la placa de prototipos. Lo primero que he hecho ha sido preparar una tabla con cuatro vías independientes para poder probar cuatro circuitos de mando simultáneamente. Unos tacos de gomaespuma, "contienen" a las locomotoras para que funcionen patinando.  Luego, en la placa de prototipos he montado los dos transistores TIP110, alimentando desde una única fuente de alimentación de 9 V. Después de colocar el resto de elementos del circuito (un diodo de protección, y una resistencia de polarización, según el esquema del blog de Velleman) he conectado este doble circuito a las dos salidas de PWM de la placa de Velleman. Y...¡funcionando!

Aclaremos en primer lugar, que el programa que maneja la placa ya no es el que proporciona Velleman, como en artículos anteriores sino  una primera versión del programa "autónomo" de comunicaciones, de manera que lo que vemos en la pantalla del ordenador es justamente la ventana de este programa que ya tengo desarrollado (la verdad es que es muy sencillo). Aunque en la práctica el usuario no tiene que ver este programa cuando esté funcionando conjuntamente con ControlZ, para que se pueda utilizar de forma autónoma como en este caso, tiene una ventana que permite monitorizar la comunicación con la placa, e incluso emitir desde aquí cualquier orden (que luego vendrá de ControlZ). Así puedo manejar la placa cómodamente sin tener que arrancar Control Z, que además todavía no está preparado para controlar locomotoras.

En la parte superior de esta imagen, de la pantalla del programa, vemos las indicaciones PWM1 y PWM2 y dos barras cuya longitud indica la amplitud actual de cada una de las salidas PWM. La conexión USB del ordenador con la placa, lleva esas instrucciones a la placa de comunicaciones que genera la corriente pulsada con el ancho de pulso correspondiente. La siguiente imagen, de la pantalla del osciloscopio, muestra las dos salidas PWM1 en rojo y PWM2 en amarillo. Como se ve, son formas de ondas cuadradas, de anchura de pulso variable, y se puede ver que esta anchura de pulso es proporcional a la orden transmitida desde mi programa. Por cierto, hay una curiosidad, y es que en la pantalla del ordenador vemos que la barra de PWM1 es mayor que la de PWM2, que es muy corta. Sin embargo en el osciloscopio la traza roja, de PWM1 es de pulsos mas cortos que la amarilla de PWM2, que tiene los pulsos casi en el límite de su anchura. Y es que este circuito funciona al revés. Cuando la salida tiene el valor 0 la corriente es máxima, y según aumenta hasta 255, los pulsos van acortándose hasta que con el valor 255 la corriente se anula. Esto se debe a que en realidad la corriente llega al motor cuando el transistor está en corte, por lo tanto, tanto más tiempo cuanto menos tiempo esté el transistor en conducción. Bueno, no me cuesta nada cambiar el programa para que en vez de un valor N transmita 255-N. Si esto me hubiera pasado a mi, creería que estaba haciendo algo mal, pero ya lo advertían en el foro.

Todas las fotografías están tomadas en pleno funcionamiento, como se puede ver fijándose en las ruedas de las locomotoras. Precisamente para esta prueba he puesto dos locomotoras en cada vía, de manera que se trataba de hacer una prueba del comportamiento del sistema con dos locomotoras durante un tiempo bastante largo. He podido notar que el transistor se calienta ligeramente, lo cual me indica que está muy bien dimensionado, ya que esta prueba representa la peor situación respecto del calentamiento que va a soportar. Seguramente acabaré por poner un refrigerador a cada transistor, pero por puro preciosismo.
Así que esta prueba, ha resultado todo un éxito, y ya no tengo duda de que voy a usar las placas Velleman, en principio dos placas, para tener el sistema de Control por Ordenador de Locomotoras Analógicas (COLA), que como se trata de una nueva versión habrá que llamar COLA.2

No he mencionado la misión del polímetro que se ve en las pruebas. Está controlando la intensidad que absorbe el circuito. La intención es poner algún sistema de protección para evitar que se destruya el transistor por sobrecargas o cortocircuitos, que pueden ocurrir fácilmente en las vías por caída de objetos, descarrilamientos etc.

Voy a colocar en cada circuito de alimentación un fusible térmico, para que en caso de que la intensidad supere 500 mA se abra el circuito. Como el TIP110 aguanta 2 A, espero que esta protección sea eficaz. El termofusible que he pedido es este: RKEF050 

Y por cierto, he pedido también unos sensores de efecto hall......

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