Proteus

Comentaba en el último artículo (Encoder (otra vez)), mi intención de modificar el sistema de control de la rotonda de mi maqueta. Esto implica por supuesto modificar el mecanismo, para incorporar el encoder que se describía en ese artículo, pero la modificación no consiste solo en esa incorporación sino que hay que conseguir que funcione el sistema que controla el motor que hace girar la rotonda, y también, para ser completo, el sistema que controla la alimentación de los carriles, para evitar el cortocircuito (por bucle de retorno) que se puede producir cuando el puente gira 180º respecto de su posición inicial.

En resumidas cuentas tengo un motor, que es el que hace girar el puente, que debe controlarse desde el programa de ordenador para que pare y arranque y para que se mueva en un sentido o en otro. En definitiva lo mismo que una locomotora, aunque no se necesita aquí un control de velocidad.

Actualmente este sistema está hecho a base de relés manejados por el sistema de control de aparatos de vía. Hay un relé para parar y arrancar el motor, un segundo relé para invertir el sentido de giro, y un tercer relé para conmutar la alimentación de los carriles. Sin embargo, ya que me meto con esto, quería probar unas cuantas cosas, para hacerlo todo de una forma más perfecta, y sobre todo más fácil de manejar desde el programa de ordenador.

Como ha quedado claro en los diferentes artículos de este blog, la forma que he usado para manejar el movimiento de los trenes consiste en una "etapa de potencia" que amplifica la señal recibida desde el generador de pulsos PWM y un relé DPDT montado como inversor, que se utiliza para conmutar el sentido de avance de las locomotoras.

Sin embargo, como me han comentado en alguno de los artículos, existen unos elementos de control especialmente preparados para manejar motores de corriente continua. Me refiero a los llamados "Controlador de motor", cuya función es precisamente esa: alimentar un motor con la corriente adecuada para hacerlo funcionar bajo el control de "señales" que le hacen parar y arrancar o moverse en uno u otro sentido. Estas señales en principio son las típicas señales de control de 5 voltios que provienen de cualquier sistema digital. Si empleo uno de estos elementos me ahorro el transistor Darlington que he venido usando como amplificador de potencia, el relé para la inversión de marcha, y su sistema de mando que incluye un segundo transistor para manejar el relé. En definitiva un diseño mucho más perfecto y adaptado al mando digital. Especialmente me llamó la atención sobre este tema un artículo del blog Tribu's Works que viene publicando un querido seguidor de estas páginas, en el cual se proponía el controlador de motor L293 para realizar este trabajo, aunque él se refiere al Arduino como elemento de control.

De forma que estos días, me he puesto a investigar sobre los controladores de motor, haciendo un primer intento con el circuito LB1641 que con un precio de algo más de 2 euros dice, según su hoja de datos que permite controlar motores de 6, 9 y 12 Voltios con una corriente máxima de 1.6 A. Esto parece ideal para un motor de escala Z.

Sin embargo hay una cosa que me mosqueaba, y es que este elemento tiene una cápsula muy pequeña, con 10 pines alineados, que más parece un array de resistencias, y desde luego sin posibilidad alguna de montarle un disipador. Mi experiencia con mis "etapas de potencia" es que el transistor de salida se calienta, así que normalmente lo pongo con un disipador, por lo que me extrañaba esta configuración. Pedí dos para probar, y tal como me temía se calentaba excesivamente, y no sólo eso sino que la tensión de salida bajaba ostensiblemente de los 9 voltios de la alimentación, con lo que una (solo una) locomotora marchaba a duras penas. Así que no se de donde saca SANYO las características de ese chip, pero a mi no me ha funcionado.

En vista de eso he hecho un nuevo pedido de Controladores de Motor, que incluye un par de variantes del L293. Concretamente el L293D que parece el más sencillo, y el L293B que es algo más complicado. El precio de ambos es de 3,43 €.  Curiosamente, aunque tampoco tienen previsto el montaje de un disipador,  lo que tienen es unas cuantas patillas (8 en el caso del L293D) que son de masa, pero que están previstas para disipar el calor, de manera que si se sueldan a una superficie adecuada del circuito impreso, se utiliza esa superficie de cobre para disipar calor. Esto es exactamente lo mismo que hice yo en la placa CABCON01, donde el transistor de salida, no lleva disipador, pero el tornillo que lo sujeta se aprieta contra una zona extensa del circuito impreso que ayuda a disipar el calor.

Pero el interés de este artículo es que estos días he probado el programa PROTEUS. Me he bajado una demo, y estoy probando las posibilidades de este programa, más bien una suite de herramientas para diseño de circuitos electrónicos.

La imagen de la cabecera, recoge un esquema en el que aparece precisamente el circuito L293D y los elementos que serían necesarios para construir una alimentación PWM con este circuito, es decir lo que sería una nueva versión del famoso controlador manual PWM3A "completamente digital".

Se ve en el dibujo, además del circuito controlador L293D (marcado como U1)  y el famoso LM555 que sigue funcionando como generador de pulsos PWM (marcado como U2) (seguramente haciendo click en la imagen de la cabecera se verá mucho mejor). También hay unas cuantas puertas NOT que he usado para ajustar las señales de control.

Lo curioso de este programa, es que no sólo nos permite dibujar el esquema del circuito, sino que podemos probarlo en una simulación. Como se puede ver, en la esquina superior derecha hay un motor que durante la simulación vemos como se mueve, más o menos deprisa y en uno y otro sentido. Cerca he situado un voltímetro y un amperímetro, que indica la tensión y la corriente que le llega al motor

Cerca del centro del esquema, hay un conmutador marcado como SW1que sería el que cambia el sentido del movimiento. Este conmutador es funcional, es decir, podemos moverlo, y al hacerlo, el sentido de giro del motor cambia.

Abajo a la izquierda está el potenciómetro RV2. Este elemento también es funcional, es decir, si durante la simulación lo movemos, varía la velocidad del motor, como consecuencia de la variación de la anchura de los pulsos.

Por supuesto el amperímetro y el voltímetro marcan en cada momento los valores correspondientes, pero es que además está incluido en el esquema un osciloscopio. Durante la simulación, se hace aparecer el osciloscopio y vemos perfectamente la señal PWM que le está llegando al controlador de motor, y como varía la anchura de los pulsos al actuar sobre el potenciómetro.

A continuación incluyo un vídeo grabado durante la simulación. La intención era utilizar un programa de captura de pantalla, pero aunque lo he grabado, luego no se veían nada bien los movimientos de las imágenes, así que he optado por grabar otro vídeo con la cámara frente a la pantalla. No se ve demasiado bien pero sirve para hacerse una idea de lo que se ve durante una simulación.



La verdad es que para ser mi primera prueba con PROTEUS me ha gustado mucho y se le ven muchas posibilidades. De entrada si hubiese hecho esta prueba antes de hacer el pedido de los Controladores de motor, ya me habría ahorrado dinero porque no habría pedido nada más que el L293D. Supongo que este programa puede ahorrar mucho tiempo y dinero en pruebas, y además permite realizar muchas alternativas con coste cero.

Bueno, lo de coste cero, hay que decirlo con precaución, porque PROTEUS no es precisamente barato. Claramente es un producto con orientación profesional, así que el precio está en consonancia. De todas formas existen muchas opciones, y seleccionando la más sencilla puede estar dentro de un orden.