Conectores para cables

Conectores Molex

Comentaba en el artículo anterior, mi intención de dedicar un artículo a explicar las posibilidades que tiene el aficionado de interconectar los cables eléctricos que se usan en los elementos de su maqueta, tanto entre si, como con los distintos dispositivos y accesorios que nos encontramos en toda maqueta de trenes.

Naturalmente me voy a referir a mi propia experiencia, y a los métodos y elementos que yo utilizo, y que están de acuerdo con mi trayectoria en esta afición, que puede no coincidir con la de otros lectores, que podrán tener otros condicionantes, empezando por la escala, (Z) sistema de mando, (analógico) herramientas disponibles, etc. 

De lo primero que habría que hablar es de los propios cables. Yo uso exclusivamente cables unipolares de 0,2 mm² de sección. Esto según la norma americana corresponde a un AWG 24.  

Hay que tener mucho cuidado al hablar de cables porque muchas veces se dice por ejemplo "Un cable de 2 mm" y no se aclara si esos 2 mm son lineales, en cuyo caso estaríamos hablando del diámetro del cable (sin cubierta)  o si esos 2 mm son milímetros cuadrados, en cuyo caso estaríamos hablando de la sección del cable.  En nuestro caso, el cable de AWG 24 tiene efectivamente 0,2 mm² de sección, pero su diámetro es 0,5 mm. Como se ve son cifras parecidas, pero se comete un error de más del doble si se toma el diámetro por la sección. Para mayor confusión a veces se dice que es este cable es de 7 x 0,2 mm lo que quiere decir que está formado por siete hilos de 0,2 mm de diámetro. o se puede uno referir también al  diámetro externo, con cubierta incluida, que en este caso resulta ser de 1,3 mm.

Como se ve, en estos tamaños de cables todas las cifras son parecidas y hay mucha confusión, porque muchas veces se toma un dato por otro, incluso en referencias de tiendas on-line. Aunque se trata de una norma americana, yo aconsejo utilizar la nomenclatura AWG 24 que no da lugar a confusión. Por cierto, que los americanos son mucho más pragmáticos, porque AWG 24 es simplemente ¡el diámetro del cable que ha pasado 24 veces por la trefiladora!. Esa cifra, 24, no tiene por tanto ninguna relación con las dimensiones del propio cable así que no hay lugar a confusión. De hecho es tan poco físico ese dato, que es mayor cuanto más fino es el cable.

Este cable es posiblemente el más habitual e tiendas de electrónica y se vende normalmente por metros o en bobinas de 100 m.

Otra cosa, es que este cable se puede encontrar en colores variados. por lo menos en los colores siguientes: negro, marrón, rojo, naranja, amarillo, verde, azul, violeta, gris y blanco. Estos colores y en ese orden son también los que se emplean como código de colores para marcar las resistencias en electrónica, asignándoles los valores 0, 1, 2, ......... ,9, de manera que usando su color como indicación de su número podemos saber qué cable es cada uno, en un conjunto de hasta 10 cables. Así que en general no se hace necesario marcar con números o etiquetas cada cable, sino usar su color como indicación.

Veamos ahora, las posibilidades que tenemos de conectar estos cables. Podemos querer conectar uno o varios cables a otros cables o podemos querer conectar uno o varios cables a un dispositivo que ya tiene previsto un sistema para recibir los cable que hay que conectar a él.

En el primer caso, es decir conectar un cable a otro, podemos hacer lo que se llama un empalme, y para ello, aunque no es muy recomendable, vale el típico método de pelar los extremos, retorcer juntos los hilos de los cables a unir, y cubrirlo todo con cinta aislante. Esta unión no es muy segura, porque ante un tirón, se pueden soltar los hilos trenzados. Se puede mejorar si después de retorcer juntos los hilos los soldamos con un poco de estaño, y si en vez de cinta aislante usamos una funda termoretráctil. Un caso típico son los desvíos y las señales, Estos elementos llevan unos cables para su conexión, pero son bastante cortos, de unos 20 o 25 cm. Normalmente con esto no llegamos a donde deben conectarse esos cables, así que en la mayoría de los casos hay que hacer empalmes para prolongarlos. En todo caso lo que hacemos con esto es "prolongar" un cable que podía haber sido de una sola pieza, es decir que no aportamos nada respecto de situar la unión en un lugar determinado. 

Clemas en cuadro de control

Pero lo habitual, es hacer un cableado en el que definimos un lugar en el cual llegan muchos cables de dos lugares distintos, Por ejemplo en una maqueta, hay una zona donde  llegan cables de las vías de la propia maqueta y otros del cuadro de mandos. Se crea así una zona donde hay muchos cables que deben unirse de un origen a otro, y también puede ocurrir que varios cables de un origen deban llevarse a un solo destino, y viceversa.

Esa zona, la podemos considerar como una "barra de conexiones" que es algo muy habitual en toda clase de instalaciones eléctricas. Una forma de hacer esto es con las clásicas clemas de ferretería, tal como vemos en la imagen anterior, donde se han puesto varias tiras de clemas en la pared posterior de un cuadro de mando.

Clema de ferretería

Estas clemas, son una buena solución, y tienen la ventaja de que las podemos comprar con mucha facilidad, no son caras y para su conexión solo se requiere un destornillador. Sin embargo tienen algunas pegas, la principal de las cuales es que están pensadas para cables más gruesos que los aquí propuestos, y por lo tanto quedan muy holgadas. Esto puede ser bueno porque podemos meter tres o cuatro cables en una sola vía, y hacer así una conexión de varios hilos a uno. Otro inconveniente es que los cables son presionados directamente por los tornillos, de manera que al girar éstos pueden romper los cables. Para evitar este problema es conveniente estañar las puntas de cada cable con un soldador.

El principal problema sin embargo es que cada cable estará conectado a una vía, pero si por algún motivo hay que quitar todos o algunos cables, éstos quedan sueltos, de manera que para volver a colocarlos en su sitio hay que identificar de nuevo cada cable.  Por lo tanto este tipo de unión vale para los casos en los que sea excepcional desmontar la conexión. Veremos otras opciones en las que al usar conectores enchufables, se puede quitar un conjunto de cables de una vez y luego volver a conectarlos sin peligro de cambiar su orden. 

Bloques terminales

Las clemas valen para uniones de cable a cable. Hay un sistema parecido que se usa para uniones de cable a placa. Al decir placa nos referimos normalmente a la placa de circuito impreso de un dispositivo electrónico. En este caso, el sistema consiste en una serie de contactos, que por un lado llevan un dispositivo que prensa el cable al apretar un tornillo, como en uno de los lados de las clemas de ferretería, pero por el otro, llevan terminales para soldar a las placas de circuito impreso. Estos elementos los tenemos en la imagen anterior, y suelen ser denominados en los catálogos de electrónica como "bloques terminales".  aunque hay mucha variedad de estilos y tamaños, los más habituales son los representados en la imagen, donde vemos, en la fila superior, una serie de bloques con terminales para soldadura separados 2,54 mm y debajo otros más grandes cuya separación entre terminales es de 5,08 mm. Estas separaciones provienen de que el paso habitual en los terminales de componentes electrónicos es una décima de pulgada, que es 2,54 mm, y por lo tanto los de separación 5, o 5,08 serían de doble paso

Estos conectores tienen las mismas cualidades que las clemas, es decir, para fijar los cables sólo se necesita un destornillador y permiten conectar varios cables a una sola vía. Estos conectores son mas cuidadosos con los cables que las clemas, ya que la presión sobre el cable no la hace directamente el tornillo, sino que hay una mecanismo que lo aprisiona sin dañarlo. De todas formas no son todos de la misma calidad, con lo que hay que tener cuidado. Véase por ejemplo en la primera fila como de los dos bloques de tres vías, el de la derecha tiene además de los terminales para soldar otros tres salientes que se introducen en otros tres talados de la placa, quedando así mucho mejor sujetos a la misma, frente a los movimientos producidos al atornillar los cables.

Circuito con bloques terminales

Estos conectores se utilizan con mucha frecuencia en dispositivos electrónicos como los que yo he diseñado, porque al ser muy sencillos de utilizar, cualquier aficionado puede usarlos para conectar cables a ellos. Véase a la izquierda uno de estos dispositivos que lleva varios bloques de dos, tres y diez contactos para conectar sus entradas y salidas.

Lo mismo que decíamos con las clemas, aunque no es imprescindible, es una buena práctica estañar las puntas de los cables que utilicemos 

Una ventaja de estos conectores es que resultan bastante pequeños, por lo que es posible utilizarlos en dispositivos de pequeño tamaño como el mostrado, siempre y cuando se trate de un montaje que no haya que conectar y desconectar con frecuencia, ya que al desconectar los cables éstos quedan sueltos.

Aunque estos bloques terminales están pensados para conectar cables a placas de circuito, podemos hace un truco para crear con ellos conectores cable a cable. Se trata de utilizar una pieza recortada de una de las placas que se venden para hacer montajes provisionales, y que llevan taladros separados con el consabido paso de 25,4 mm. y por una de las caras, tiras de cobre que conectan ente si todos los taladros de una fila. Si ponemos dos bloques de 10 vias, enfrentadas en paralelo, con las entradas hacia fuera, y los soldamos de manera que cada pareja de entradas esté soldada a la misma tira de cobre, habremos hecho una "clema" pero de un tamaño mucho más pequeño que las clásicas de ferretería, y con un sistema de fijación más fiable,

En el video anterior podemos ver ese proceso: se parte de una placa perforada de tiras, se corta una zona con diez tiras, y se sueldan los conectores que queramos para entrada y para salida. En el viceo se ve primero un bloque de 10 vias y un conector Molex (que luego veremos) y al final una "clema" montada a partir de dos bloques terminales de 10 vias.

Todo esto está muy bien para hacer cableados más o menos permanentes. Sin embargo, a veces nos interesa hacer conexiones que puedan enchufarse y desenchufarse, con facilidad y sin que los cables pierdan su posición cada vez. En el artículo anterior veíamos que en mi maqueta hay dos zonas que son desmontables, la primera es la estación principal, con todo su cableado de desvíos semáforos, sensores etc. La segunda es el cajón donde va el cuadro de mandos, que puede sacarse completamente, por ejemplo para un transporte.

En estos casos necesitamos de conectores formados por un conector macho, y otro hembra, que puedan separarse y juntarse a voluntad, con rapidez, seguridad en cuanto a conexionado, y también garantía de cada cable se conecta con su correspondiente pareja.

Conectores Sub-D

Hay muchos tipos de conectores de este tipo, incluidos los conectores llamados "Sub-D" que han sido muy utilizados en informática (ahora casi todas las conexiones de informática se hacen con conectores USB) y muchos aficionados (y yo mismo) los han utilizado para unir dos zonas que deban poder separarse y volver a unirse con facilidad. En este sentido es una de las opciones que se utilizan en las reuniones de clubs de módulos, donde cada socio acude con su módulo, un sector de la gran maqueta del club, y al final se juntan todos en un gran circuito.

Como se puede apreciar en la imagen, los conectores Sub-D están previstos para recibir los cables y que estos sean soldados, tanto en la parte macho como en la parte hembra. Esta soldadura es delicada, por la proximidad de los terminales, así que hay que ser un tanto fino con el soldador para abordarla. Por supuesto, este tipo de conectores son caros. Normalmente se utilizan con cables tipo "manguera" que llevan unos 25 cables individuales dentro de una cubierta redonda.

Otra opción, también poco usada, son los conectores de "cable plano" El cable plano es un conjunto de cables unido uno junto a otro en una especie de cinta. En la imagen siguiente vemos un circuito electrónico con uno de estos cables de veinte vías,  conectado en un conector especial para este tipo de cable. 

Cable plano y sus conectores

Vemos los conectores, el macho que va en el circuito (a la derecha se ve uno sin cable), y la hembra que va siempre en el cable.  Este tipo de cableado ha utilizado bastante en electrónica, pero siempre como cableado interno de un aparato entre partes del mismo, pero no para conectar con nada exterior, más que nada porque no tiene suficiente solidez para resistir movimientos tirones y demás malos tratos. Es muy curioso que para colocar el conector hembra al final de un cable, simplemente se introduce el extremo de la cinta por una ranura que tiene el conector, y a continuación se cierra el conector haciendo mucha presión sobre una pieza de cierre. Esta presión hace que se corte el aislante de cada cable individual y quede conectado a uno de los terminales. Lo malo de este sistema es que una vez cerrado así el conector ya no se puede volver a abrir, de manera que si hemos cometido un error hay que cortar el cable y tirar el conector, para luego poner uno nuevo.

Mis conectores favoritos son los conocidos como conectores tipo Molex. Digo tipo, porque en realidad Molex es una marca que fabrica infinidad de tipos de conectores de toda clase, y entre ellos los que identifica como "conectores KK" que se han hecho muy populares entre los aficionados a la electrónica, hasta el punto que se habla de ellos simplemente como conectores Molex y resulta que al final muchas veces están hechos por otros fabricantes. Yo los uso desde hace mucho tiempo, en temas de electrónica y también de modelismo ferroviario, como atestigua, la imagen de cabecera de este artículo, que corresponde a una serie de placas para control electrónico de desvíos, y que es del año 2010 (Ver: Trabajo de campo)

Los conectores Molex KK se componen de dos piezas: El macho es siempre para usarlo en placa de circuito electrónico y por lo tanto lleva pines para soldar. y hay dos variantes, la recta en la que los terminales, y por tanto los cables salen verticales perpendicularmente a la placa, y los acodados en los cuales los terminales quedan horizontales y los cables salen paralelos a la placa. Los primeros son adecuados para ponerlos en medio de otros componentes, en la parte central de la placa, y los acodados se adaptan mejor a situarlos cerca de los bordes de las placas.  En la imagen de portada se pueden ver un montón de terminales de este tipo. todos ellos acodados

Las hembras son siempre para cable, y admiten un solo cable para cada vía. Constan de una carcasa y de una serie de pines para crimpar los cables.

Hay conectores de este tipo con número de vías entre 2 y 8 y también de 10. 

La conexión es muy segura, resisten muy bien movimientos y tirones, y la forma de los machos y hembras garantiza que no se puedan conectar más que en la posición correcta.

Como decía, los cable van crimpados a los terminales. Esta horrible palabreja, tomada del verbo inglés crimp (algo así como rizar) se usa universalmente para referirse a esta forma de unir cables a terminales, aunque en algunos países sudamericanos usan ponchar, tomada del vervo ingles punch, que sería golpear o agujerear.  En cualquier caso una patada al idioma español, donde existe la palabra engastar, que es sujetar algo a una pieza deformándola para dejarla sujeta, pero parece que solo la usan los joyeros. Y lo peor es que para hacer esto, se utiliza una herramienta especial que naturalmente se llama crimpadora.

Terminal RJ45 macho

Bueno, pues para hacer este tipo de uniones tenemos que hacernos con un crimpadora. Pero mucho cuidado, ya que hay varios tipos de crimpadoras y no son equivalentes. 

Existen crimpadoras para terminales RJ45 (a la izquierda) que son los que se usan para transmisión de datos. Todos los ordenadores modernos llevan una hembra de este tipo, para conectar dispositivos que transmiten datos por cable (router, modem, red ethernet etc)

Otro tipo de crimpadora habitual, es la usada para terminales Faston. Este tipo de terminales son bastante usados en automoción y se usan con cables bastante gruesos. No valen por lo tanto para nuestro caso,

En la imagen de la derecha tenemos unos terminales Faston y ya se ve que están previstos para cables gruesos (AWG 22 a AWG 16). 

Terminales Faston

A veces si utilizamos por ejemplo en un cuadro de mando un interruptor de cierta potencia, por ejemplo como interruptor principal de la maqueta, si usamos algún tipo de interruptor de balancín, nos encontraremos que lleva terminales Faston macho. Si este es el caso podemos usar hembras como las de la figura y cerrarlas con un alicate de puntas. 

Es posible cerrar cualquier terminal previsto para usar una crimpadora, con un alicate de puntas, pero es delicado y lento y no siempre queda bien, de manera que si uno tiene que crimpar cientos de terminales, como los que se veían en los cables del artículo precedente, más vale que se busque una buena crimpadora.

En definitiva que lo que necesitamos es una crimpadora específica para terminales de conectores Molex y Dupont, que admita cables AWG 24. Casi todas estas crimpadoras tienen tres o cuatro bocas en las mordazas, previstas para varios diámetros de cable, y que están indicados con la correspondiente numeración AWG.

Herramientas para crimpado  de cables

En la imagen anterior, vemos las herramientas adecuadas para hacer cómodamente y con garantía este tipo de trabajo. De izquierda a derecha un pelacables, la crimpadora, y un alicate de corte de buena calidad.  En la imagen siguiente vemos en detalle, los elementos que necesitamos para montar un conector de 10 vías,  A la izquierda se ve un conector hembra ya montado, al que además se ha puesto una etiqueta para identificar cada cable y el propio conector. A la derecha tenemos otra carcasa vacía, un conector macho acodado, donde deberá enchufarse la hembra que montemos y arriba una vista de la tira de terminales de la que tenemos que ir separando cada terminal antes de montar el cable. 

Conector Molex de 10 vías y sus componentes

En el vídeo siguiente, podemos ver el proceso para crimpar los terminales en los cables y para montar éstos en la carcasa para formar el conector hembra terminado (incluso con la etiqueta)

Una vez que tenemos práctica es un sistema sencillo, y muy rápido, y también muy seguro en cuanto a fiabilidad de las conexiones que se consiguen.

Para que salga bien hay que tener en cuenta lo siguiente: Cada uno de los terminales, tiene en su parte trasera dos pares de pestañas, marcadas como A y B en la imagen adjunta. La pestaña B está pensada para cerrarse sobre la parte pelada del cable, y es la que garantiza el contacto eléctrico. En cambio la pestaña A se debe cerrar sobre la parte de cable sin pelar, aprisionando el aislamiento, con objeto de garantizar la sujeción mecánica del cable. En la imagen, vemos en la parte superior como deben quedar las pestañas una vez cerradas. 

Terminales de los conectores Molex

Entonces lo que hay que hacer es pelar el cable, trenzarlo bien, y cortarlo a una longitud lo más exacta posible. Luego colocar el terminal en la crimpadora de manera que quede solamente metida en la mordaza la parte que lleva las dos pestañas A y B, y asomando por fuera el resto del terminal. Lo sujetamos en esa posición y cerramos dos o tres puntos la crimpadora para que el terminal quede sujeto en la mordaza, pero sin cerrarlo todavía.

Luego metemos la punta del cable desde el lado contrario de la crimpadora, y comprobamos que entra hasta que la la punta del mismo asoma justamente por el lado donde está la cabeza del terminal. Es decir el cable debemos verlo justamente llegar hasta la parte delantera de la pestaña B, sin que llegue a salir más

Entonces se cierra la crimpadora hasta el final, y con eso se cierran las pestañas A y B de forma que queda sujeto el cable con las pestañas A por la parte aislada y con las pestañas B por la parte pelada.

Al meter los terminales en la carcasa, se verá que por uno de los lados, tiene como un pequeño arponcillo orientado hacia atrás. Ese arponcillo debe meterse con la orientación correspondiente para que al llegar el terminal hasta el fondo de la carcasa, el mismo coincida con una de las ventanas rectangulares en el lateral de la carcasa. Este arponcillo retiene el terminal y evita que los cables se salgan. Por lo tanto si alguna vez necesitamos sacar un cable, basta presionar el citado arponcillo con un destornillador fino desde la ventana rectangular, y cuando se suelte, se podrá sacar el cable tirando hacia atrás.

Y para terminar este repaso, me voy a referir a los conectores denominados Dupont. Son también conectores con terminales que hay que crimpar a los cables que queremos  conectar, y de hecho nos vale la misma crimpadora que para los terminales Molex.

Aquí sin embargo hay una diferencia importante: podemos hacer conectores para cables,  machos o hembras, con lo cual los podemos usar como conectores de cable a placa, poniendo en la placa el terminal correspondiente, o podemos conectar un conector macho a otro hembra, ambos con cable, haciendo una conexión aérea.

La imagen siguiente muestra los elementos que se usan para las conexiones Dupont.

Conectores Dupont

En la imagen anterior, vemos arriba a la izquierda un conector Dupont de tres vías macho. En la parte inferior izquierda tenemos un conector Dupont de cuatro vías hembra. Se puede observar que las carcasas son iguales, de modo que con esas carcasas podemos usar terminales machos o hembras indistintamente.

Los terminales Dupont pueden conectarse unos a otros como decíamos, si conectamos un macho con una hembra haciendo una conexión áerea, o bien podemos hacer una conexión a placa, pero aquí, a diferencia de los Molex no existen terminales para placa. En su lugar se utilizan las llamadas "tiras de pines" que son conectores con pines con paso 2,54 mm que por un lado llevan un terminal corto para atravesar los taladros de una placa y soldarlos a las pistas del circuito. Normalmente estas tiras se presentan en longitudes de alrededor de 80 pines, y están previstos para ser cortados, produciendo un conector con el número de contactos deseado. El lado opuesto puede ser macho o hembra y puede ser recto o acodado, de manera que se puede crear la conexión más conveniente en cada caso.

A la derecha de los conectores Dupont que antes comentábamos en la imagen, podemos ver los cuatro tipos de conectores cortados a distintas longitudes. Frente al conector Dupont macho vemos una tira de pines hembra recta, y otra acodada. Frente al conector hebra vemos una tira de pines macho recta, y otra acodada.

Hay otro tipo de conectores que también pueden recibir un conector Dupont. Es el que vemos arriba en el centro que es conector tipo Arduino. Estos conectores se colocan en un circuito y quedan como un conector hembra por una de las caras del circuito y como un conector macho por la otra cara del circuito. Así que podemos conectar un Dupont hembra en la parte macho, y uno macho en la parte hembra.

Sguiendo con la imagen, vemos a la derecha una muestra de algunas de las diferentes carcasas para conectores Dupont. Como vemos las hay desde una sola vía hasta 10, y además las hay también dobles, o sea con dos filas paralelas de terminales. (También existen tiras de pines con dos filas paralelas)

Por último, a la derecha hay una muestra de terminales para conectores macho  y debajo otra muestra de terminales para conectores hembra. El sistema de crimpar el cable es idéntico al descrito para los terminales Molex, pero al meter los cables en las carcasas, aquí lo que sujeta el terminal para que no se salga, es una lengüeta de la carcasa, así que como es plástico es más débil que los del sistema Molex

No solo en esto, sino en general, los conectores Dupont  son más débiles que los Molex y desde luego mucho menos fiables, pero para un trabajo no muy exigente son una solución bastante más barata que los Molex, y como se ha visto mucho más flexible.

Conectores Dupont en DRVSERVO

El principal inconveniente, desde mi punto de vista, es que los conectores Dupont pueden conectarse del derecho y del revés, de modo que no hay nada como lo que decíamos de los Molex para evitar que se puedan conectar al revés. Con los Dupont, esto es posible y también es posible conectar por ejemplo un conector de tres contactos en cualquier posición de una tira de pines con más de tres contactos. Así que hay que ser cuidadoso para no hacer conexiones equivocadas y si es necesario marcar con etiquetas en las carcasas las posiciones correctas.

En la imagen adjunta, se puede ver, en mi último desarrollo DRVSERVO, como se ha utilizado para conectar los distintos elementos (servo, leds, botones de mando, etc) una tira de pines hembra recta, sobre la cual se conectan los elementos necesarios con conectores Dupont. Como se pueden conectar elementos distintos y con diversas funciones, cada uno lleva un conector Dupont distinto, y se conectan en cada caso los que se necesiten. Como se ve es una opción muy flexible, pero hay que saber lo que se está haciendo.

Como siempre, en cada caso habrá que estudiar cuál es lo solución más apropiada, según las necesidades, y el uso que le vaya a dar 

Nuevos avances

 La imagen superior muestra el estado actual de mi maqueta en construcción. Realmente si comparamos esta imagen con las últimas publicadas a finales del pasado febrero, no parece que se aprecie un adelanto sustancioso, y en efecto, ha habido un parón cuando me he dedicado a crear los elementos electrónicos para el movimiento de los servos. Hacer un diseño de este tipo, y que al final han sido dos, y no solamente para usarlos en mi maqueta sino para ponerlos a la venta, ha supuesto mucho tiempo no solamente de diseño y pruebas, sino también de generar la correspondiente documentación, crear los videos demostrativos y actualizar las webs para hacer referencia los nuevos dispositivos.

Pero también hay una impresión engañosa, porque si lo que se veía en Febrero era parecido a la imagen actual, es sobre todo porque el mayor avance queda oculto en esta imagen. Me refiero ha que he dedicado un cerro de horas a realizar todo el cableado que lleva la estación, Cosa que en aquella época no estaba más que iniciado.

Como ya comenté la parte de la estación está construida de modo que pueda ser desmontable y separarse del resto de la maqueta. Esto por dos razones: la primera para poder trabajar en esa zona fuera de la maqueta, y por lo tanto de una forma cómoda, y la segunda para tener acceso desde arriba a la zona de la estación oculta, que queda debajo de ésta.

El problema es que aquí es donde están la gran mayoría de los elementos eléctricos y mecánicos, y eso da lugar a un cableado muy voluminoso, y si queremos que este conjunto se pueda separar de la maqueta y llevar a otro sitio, hay que ver la forma de conectar los numerosos cables que lleva esta parte con el resto de la maqueta, de forma que se puedan conectar y desconectar de forma fácil y sin dar posibilidad de errores.

Cuando digo muy voluminoso me refiero a lo que recoge la imagen siguiente. No es más que una imagen tomada desde el mismo punto de vista que la anterior, pero con la parte de la estación, levantada y puesta vertical. (y sujeta con un listón y unos sargentos)

Por cierto, que en esta imagen se ve que al hacer esto, es decir al levantar esta zona, incluso sin necesidad de separar los circuitos, queda perfectamente accesible la estación oculta, así que se puede trabajar en ella sin problema. 

Como se puede ver, todo el cableado está hecho a base de pasar cables por los taladros de los listones que refuerzan la chapa de contrachapado que forma la base de las vias de esta zona, y que vimos construir en Tomando forma. 

Y en efecto, el número de circuitos que lleva es del orden de cien, entre desvíos, señales, tramos de parada, sensores de paso, luces, etc.

Por lo tanto tenía que hacer un sistema que permita conectar todos esos circuitos al cuadro de mandos de la maqueta, de una forma que sea fácil de conectar y desconectar y sin dar opción a que se pueda confundir alguna conexión.

La forma en que lo he hecho es mediante diez conectores Molex  de 10 vias cada uno que van sodados a unas tiras de placa de circuito impreso de tiras perforadas y que lleva en paralelo con cada terminal del conector Molex un conector de 10 clemas. 

En estas imagenes ampliadaa vemos los diez conectores soldados a la placa de tiras y detrás de cada uno las clemas a las que llegan los cables que van a los distintos dispositivos y una ampliación de uno de estos conectores.

Por lo tanto si queremos quitar de la maqueta toda esta zona de la estación no hay más que soltar estos diez conectores y queda libre para ser trasladada. Los conectores están numerados con unas etiquetas verdes, que llevan la referencia de cada conector y también la numeración de cada uno de los cables.

Como decía, estos 10 mazos de 10 cables cada uno acaban en el cajón donde se sitúa el cuadro de mandos. Como ya comenté, para permitir el movimiento del cajón, los cables hacen un recorrido en Z entre dos rodillos que se juntan o se separan cuando se mueve el cajón, de forma que los cables no se enreden

La imagen anterior muestra el final de esos cables, en el borde posterior de cajón móvil donde van los cuadros de mandos. De nuevo se repite el esquema de usar un conector Molex  en el cable que llega, que se une a una placa de tiras perforadas donde van soldadas tiras de clemas de 10 vias  (si, son 9 placas. Falta una por poner)

A partir de aquí queda por cablear el cuadro y poner en esa zona vacía que vemos, los automatismos que necesitemos.

Como se puede ver, he puesto literalmente cientos de terminales de varios tipos, clemas, Molex, también unos cuantos Dupont, tiras de pines etc etc.. Asi que he cogido mucha práctica, y he podido comprobar las ventajas e inconvenientes de cada uno de los tipos.  Tengo la intención de hacer un nuevo artículo dedicado a este tema de los tipos de conectores y la forma de montarlos. Espero que pueda ser útil a algún compañero de afición.

Más sobre servos (y II)

 

En el artículo anterior, hemos llegado a un circuito que puede controlar un servo, llevándolo de un extremo a otro, mediante un conmutador de dos posiciones, y pudiéndose ajustar el ángulo de recorrido y la velocidad del giro mediante dos potenciómetros de ajuste. 

Pero tenemos dos temas más, que corresponden más bien a la tecnología del modelismo ferroviario que al del movimiento del servo en si: el primero es sencillamente que todo este circuito funciona a 5 V porque los servos funcionan a esta tensión. Sin embargo 5 V es una tensión no habitual en sistemas de trenes, que según las escalas Z, N o H0 usan tensiones de 10 V 12 V o 16 V para mover los accesorios, como los desvíos. Bueno, la solución a esto es incluir en el controlador de servos un circuito regulador de tensión , un 7805 que nos da una salida a 5 V para que funcione todo nuestro circuito, a partir de cualquiera de esas tensiones usuales en las maquetas de trenes.

La segunda cuestión es un poco más rebuscada. Hemos creado un sistema que maneja los servos, y por lo tanto los desvíos con un conmutador de dos posiciones, de manera que moviéndolo a una u otra posición manejamos el correspondiente desvío, y la propia posición del conmutador nos informa de la posición del desvío en todo momento. Esto está muy bien y de hecho muchos aficionados desean algo así de sencillo incluso para desvíos manejados por los habituales motores de desvío de dos bobinas. 

Pero el problema es que no es lo standard en la tecnología del modelismo ferroviario. Lo que se usa en cambio, cuando tenemos desvíos con motores de bobinas, es que para moverlos se envía a estas bobinas un único pulso, que mueve el desvío en una u otra dirección, según el pulso se haga llegar a una u otra bobina. Estos pulsos se producen mediante pulsadores momentáneos en las habituales botoneras que proporcionan las marcas, o con pulsadores de electrónica, o también mediante conmutadores, pero que este caso son de tres posiciones y quedan en posición central cuando han movido el desvío, por lo que no queda una indicación de cómo está el desvío. El problema de salirse del standard estriba en que los desvíos no solamente pueden ser manejados manualmente sino mediante sensores de paso, por ejemplo sensores Reed o Hall, vías de contacto, etc, y todos estos elementos producen un pulso de corta duración cuando una locomotora pasa sobre ellos. 

Y ,¿no podemos convertir esos pulsos en una conmutación que quede permanentemente en una u otra posición? Si podemos, y por ejemplo se usa este sistema cuando queremos poner leds de señalización a un desvío de bobinas. Si con el pulso actuamos sobre un circuito de los llamados de enclavamiento, el circuito se "enclava " en una posición y permanece así hasta que recibe otro impulso que lo enclava en la posición contraria. Es exactamente lo mismo que un relé de enclavamiento (o biestable) pero funcionando electrónicamente. Los chips que hacen esto se denominan "latch" (cerrojo en ingles) y fueron discutidos aquí largamente en el artículo  Circuitos sencillos y siguientes

Entonces lo que he hecho es poner un circuito integrado adicional de tipo latch, concretamente un  CD4044 y conectar las entradas de las señales (que vienen de los pulsadores o de los sensores Reed, etc) a las entradas de este circuito y a la salida de este circuito se conecta el terminal U/D del integrado.  Realmente un circuito 4044 tiene cuatro canales y aquí solo necesitamos uno para conseguir controlar el servo, así que este circuito queda bastante desaprovechado. Lo que he hecho, por no dejarlo así es utilizar las salidas sobrantes para poner salidas que enciendan leds de señalización.

En el esquema adjunto vemos este circuito 4044 conectado a las entradas J6 y J7  y produciendo en sus salidas la señal I/O que es la que activa el potenciómetro digital, y las señales SIGNAL y BEAM. La primera va a las bornas de salida para conectar los leds de señalización, que irán en el cuadro de control

La señal BEAM es una salida adicional  que lleva un chip de intermitencia M34-2L  para conectar uno o más  leds que sirven para iluminar las balizas de aviso en los pasos a nivel. Realmente hay leds que ya de por si son intermitentes, pero son difíciles de encontrar y creo que no los hay en SMD. Si este fuera el caso este circuito proporcionaría la señal intermitente.

Con todo esto, construí el prototipo del circuito DRVSERVO que se veía en el correspondiente artículo de este blog. 

Como suelo hacer con los últimos desarrollos, ofrecí a mi "socio" la posibilidad de distribuir este producto para que él decidiera si le resultaba interesante ponerlo a la venta. Después de una "investigación de mercado" me confirmó que efectivamente los potenciales clientes los veían interesantes, como alternativa a la "solución Arduino" pero casi todos preguntaban que cuántos servos podía manejar el circuito. Seguramente esto es una reminiscencia de Arduino, al que efectivamente se pueden conectar varios servos, pero en este caso, no tiene mucho sentido, porque para manejar otro servo lo que habría que hacer es reproducir otro circuito igual y así cuántos queramos poner en una sola placa. pero no hay ninguna ventaja respecto de tener tantos cuántos de estos drivers para un solo servo como se quiera.

Pero aquí entran dos temas que llamaríamos "comerciales": Por un lado, si los clientes lo comparan con Arduino y éste ofrece la posibilidad de conectar varios servos, hay que hacer algo para ofrecer esa misma posibilidad. Por otra parte, uno de los elementos de coste más importantes de estos productos son las placas de circuito impreso, que son fabricadas bajo pedido. Y lo que ocurre es que una placa por ejemplo donde quepan cuatro circuitos, es solo ligeramente mas cara que una donde cabe uno, de manera que comparando con cuatro placas para un circuito cada una, casi se cuadruplica el coste.

Otro tema de índole "comercial", es el tema de las bornas de conexión.  Yo siempre pongo en mis circuitos bornas de tipo clema, es decir bornas en las que simplemente se introduce el cable pelado, y se sujeta apretando un tornillo que lleva cada borna. Utilizo este tipo, porque entiendo que es un sistema que no necesita usar soldadura ni crimpadora, ni ningún otro sistema o herramienta más que un destornillador, de manera que cualquier aficionado con poca experiencia los puede conectar. Sin embargo este tipo de bornes son francamente caros, sobre todo si se utilizan de buena calidad y no los típicos chinos.

Sin embargo Arduino utiliza conectores de tipo "Tira de pines" también llamados "Conectores Dupont". Estos conectores son mucho más simples y desde luego mucho más baratos, pero obligan al usuario a colocar en el cable que quiere conectar, un terminal del mismo tipo  y que necesita una herramienta especial, la llamada crimpadora para unir cada cable a cada pin. Como decía antes, las clemas las pone cualquiera, pero los conectores de pines requieren una cierta experiencia. Sin embargo aquí hay que suponer que este producto es ya para un aficionado de un cierto nivel, que además lo compara con Arduino, y que además va a conectar un servo que lleva ya conectores de este tipo. Aunque realmente el conector de lo servos es hembra, así que se necesitarían conectores macho en el circuito, pero he preferido usar conectores hembra en la placa, y dejar que para conectar el servo se use un cable macho-macho. Esto es lo que se hace con Arduino, y parece que nadie se queja. También se ve muchas veces que se utilizan estos conectores hembra para recibir los terminales de los cables que se usan para crear circuitos en las protoboards.

Otro cambio respecto del prototipo ha sido suprimir los leds que se encendían y apagaban en la propia placa del circuito para indicar la posición.   El motivo es que los servos y en consecuencia los drivers están normalmente en lugares ocultos, de manera que esos leds no se verían, Lo que si se mantiene evidentemente, es la conexión para conectar unos leds mediante cables que se llevarían normalmente a un tablero de control

La conclusión de todas estas consideraciones ha sido: Crear dos versiones del driver: Una para un servo y otra pasa cuatro servos. En la de cuatro servos se mantiene la independencia de los cuatro circuitos de cada servo, excepto por el control de la velocidad que es común para los cuatro. De esta forma, contando con este control común, aprovechando las cuatro vías de un único circuito 4044 y por supuesto una única alimentación se obtiene un driver para cuatro servos solo un poco más grande y solo algo más caro que la versión para un servo. Todas las conexiones serán mediante conectores de pines hembra, excepto la alimentación.

En la imagen de portada de este artículo se pueden ver las dos versiones del controlador, para uno y para cuatro servos.

La versión para un solo servo DRVSERVO, parece más apropiada para quien quiera motorizar un paso a nivel (no es habitual encontrar varios pasos a nivel motorizados en una maqueta) y por eso se ha mantenido con el chip de intermitencia para las balizas.

En cambio la versión de cuatro servos MULTISERVO, parece más apropiada para el manejo de desvíos, ya que lo habitual es que haya varios desvíos a mover en cada maqueta, y no lleva salidas para intermitentes

Estas diferencias no son esenciales: se puede utilizar perfectamente un DRVSERVO para mover desvíos y uno de los cuatro servos de un MULTISERVO para un paso a nivel. 

A continuación se puede ver el siguiente video, que muestra el funcionamiento de ambos controladores. Realmente se parece mucho al video DRVSERVO que incluía en el artículo DRVSERVO. Sin embargo en este nuevo vídeo aparece ya la versión definitiva del DRVSERVO y también aparece el nuevo sesarrollo MULTISERVO.

Observarán los habituales de este blog, que he roto mi costumbre de titular los videos en YouTube con la simple referencia del dispositivo que se está describiendo, lo que en este caso hubiera llevado a titularlo sencillamente "DRVSERVO".

Sin embargo, el orto día me puse a repasar YouTube para ver si encontraba algún dispositivo similar para mover los desvíos, pero lo único que obtuve fué una larga lista de videos en los cuales se empleaba casi de forma unánime Arduino.  Sin embargo, esa búsqueda me dio la idea de que si yo subía un video titulado DRVSERVO nadie lo iba a encontrar, y de hecho, todos los que me aparecían, llevaban títulos descriptivos bastante largos, y, cómo no, incluían la palabra Arduino.

Curiosamente encontré uno que se anunciaba como "sin Arduino" asi que pensé que había encontrado un competidor (o un aliado, porque esto ya parece una guerra).  La verdad es que lo que ví en ese video estaba muy verde, y no me convenció en absoluto, pero si me dio la idea de que debería nombrar mis vídeos con títulos más descriptivos, para que aparezcan con más facilidad en las búsquedas de YouTube.

Y dicho y hecho: este vídeo se llama: CONTROLADOR DE SERVOS PARA DESVIOS SIN ARDUINO

Asi que por mi que no quede: Titulo largo, descriptivo y con la inclusión de la palabra Arduino como clickbait

Más sobre servos (I)

Pulsar dos veces para arrancar el video

En dos artículos recientes (Motorizacion del paso a nivel fe FALLER 282730) y (DRSERVO), comentaba que, con motivo de la necesidad de aplicar un servo para mover las barreras del paso a nivel, había retomado un tema que ya traté hace unos cuantos años (2014) y me puse a trastear con los servos y sobre todo con los circuitos que sirven para controlarlos, los llamados drivers de servo, y al final diseñé un nuevo circuito capaz de manejar uno de estos servos, y lo apliqué en el paso a nivel de FALLER.

En los citados artículos, mencionaba que aunque la mayoría de los aficionados recurren a un Arduino como driver, a mi me parecía excesivo utilizar estos elementos que en definitiva actúan como un pequeño ordenador.

Parece que algún lector no está de acuerdo con mi opinión y me dice que para qué meterse a diseñar y montar un circuito especial, cuando el Arduino ya nos lo da resuelto.

Esa frase me ha recordado inmediatamente un artículo (Y.D.I.Y?) donde comentaba un artículo leído en un foro americano, donde su autor explicaba que cuando él hacía uno de sus desarrollos y funcionaba, siempre salía el compañero de turno con el comentario de porqué hacerlo cuando lo puedes comprar hecho. En su artículo este compañero de afición, comentaba la satisfacción nunca antes conocida que le proporcionaba diseñar y construir un dispositivo que funcionaba igual o mejor que el sistema comercial equivalente y que probablemente es incluso más barato.

Pero además en este caso, si he podido diseñar algo que permite manejar servos de un modo más sencillo, lo más probable es que acabe por poder ser adquirido, (aunque yo ya no vendo mis diseños, hay un compañero que los comercializa) por cualquier aficionado que no quiera verse en la necesidad de emplear un Arduino. No olvidemos que Arduino es un microordenador, que por lo tanto necesita ser programado, y aunque se diga que los programas para manejar servos están accesibles en Internet no se evita tener que bajarlos, cargarlos, etc. Y  si se quiere modificar algo, vuelta a tocar el programa (el que sepa hacerlo) a cargarlo, etc. Mi propuesta es un circuito analógico, que no hay más que conectarlo y empieza a funcionar. "Plug and Play" que se dice.

Supongo que se puede pensar que un circuito analógico que sustituye a un Arduino, debe ser algo muy complicado, porque no olvidemos que un ordenador, por sencillo y compacto que sea, es algo muy complejo. La respuesta a eso es que naturalmente depende de lo que queramos hacer con el servo, y que desde luego para una utilización sencilla el circuito es elemental, pero incluso para hacer algo que maneje todas las posibilidades de un servo solo se requiere añadir un poco más de electrónica. El que quiera convencerse no tiene más que seguir leyendo.

La imagen anterior muestra todo lo que se necesita para manejar un servo. Hay un circuito integrado, posiblemente el circuito integrado más popular, el NE555, cuatro resistencias, tres condensadores y dos diodos. Para controlar el servo añadimos el potenciómetro RV1 de 100K y vemos a la derecha el servo representado como un círculo que lleva en la parte inferior el indicador de su posición. Con este sencillo montaje alimentado por Vcc 5 Voltios, ya podemos hacer funcionar el servo de forma semejante a como lo haría un aeromodelo o un barco de radiocontrol.  Según la posición del cursor del potenciómetro el servo se pone en el ángulo que corresponde a esa posición.  De hecho este circuito le vale perfectamente a todo aquél que quiera un "probador de servos".

Por si a algún incrédulo le parece inverosímil, que solamente con ese circuito tan sencillo se pueda manejar eficazmente un servo, he incluido un vídeo que recoge la imagen de pantalla del programa Proteus mientras se hace funcionar en simulación el circuito anterior. La imagen incluye un osciloscopio virtual donde podemos ver la señal que llega al servo. Al funcionar vemos que según se mueve el cursor del potenciómetro arriba y abajo, el servo gira en un sentido o en otro, e incluso que si dejamos el cursor en puntos intermedios el servo se queda también en un giro intermedio. También vemos que la acción sobre el servo consiste en una señal de 27 o 28 Hz (se ve en el frecuencímetro bajo el osciloscopio) compuesta por pulsos cuya anchura varía de 1 ms a 2 ms y según sea esa anchura, así se ajusta la posición del servo.

Y en nuestra afición, ¿nos vale esto tan sencillo?  Lo habitual en modelismo ferroviario es utilizar los servos para mover los desvíos, y también se usan para mover las barreras de los pasos a nivel, las puertas de cocheras, para hacer girar grúas de carbón o grúas de agua, etc. Lo malo de este montaje es que para mover el servo tenemos que girar a mano el potenciómetro, y esto hará girar el servo, pero eso va muy bien por ejemplo para hacer girar una grúa , o incluso para cerrar o abrir puertas, pero no es práctico para mover desvíos o barreras. En estos casos se requiere que el servo adopte dos posiciones determinadas (desvio recto o desviado, barreras levantadas o bajadas etc) pero sin detenerse nunca en posiciones intermedias.

Bueno, si aceptamos que esas dos posiciones extremas deben coincidir con el equivalente a llevar el mando del potenciómetro a un extremo o a otro, podemos sustituir el potenciómetro por un conmutador de dos posiciones. Poniendo en lugar del potenciómetro una resistencia del mismo valor 100K el conmutador hace lo mismo que el giro del mando a un extremo y al otro. 

En realidad, es casi más sencillo así, y en principio es lo que necesitamos. Sólo con esto ya podemos utilizar este circuito para controlar un desvío, o las barreras de un paso a nivel. Con el conmutador SW1 en una posición, el servo estará completamente en un extremo y cambiando el conmutador a la otra posición, el servo se moverá hasta la posición opuesta. Nadie podrá decir que no es ésta una solución sencilla y barata.

Pero una cuestión interesante es esta: Con el mando del potenciómetro, cuando lo giramos más o menos deprisa, el servo sigue ese movimiento a la misma velocidad y si dejamos el mando en cualquier punto, el servo se quedará también en la correspondiente posición intermedia. Pero con el conmutador esto no ocurre, sino que estando en una posición, al accionar el conmutador el servo se encuentra con que la señal que le llega corresponde al extremo opuesto, sin pasos intermedios. En teoría debería cambiar instantáneamente. Sin embargo un servo tiene una velocidad limitada y lo que hace es moverse a esa velocidad, que es la mayor que puede alcanzar, hasta llegar al extremo opuesto. De hecho se considera que un servo es tanto mejor cuanto más deprisa es capaz de moverse, pero en todo caso es la velocidad de que es capaz el servo la que marca la velocidad a la que se mueve, y por lo tanto si estamos moviendo un desvío, poco podemos hacer para conseguir que se mueva más deprisa o más despacio.

En realidad los aficionados al modelismo ferroviario prefieren que sus desvíos se muevan con lentitud, y también las barreras y los demás elementos. Así que preferirían un movimiento lento de los servos, más lento que lo que se consigue con el montaje anterior.

Lo que realmente sería perfecto, es que el sistema permitiera hacer que el movimiento se pueda regular en dos aspectos: por un lado que se puedan marcar los extremos de desplazamiento del servo, de manera que no gire siempre 180º completos sino que podamos graduar el alcance del giro, y por otro lado que pudiéramos variar la velocidad de giro, para conseguir movimientos verdaderamente lentos de los desvíos.

Afortunadamente esto es perfectamente posible complicando un poco el circuito de control. El cambio más sencillo es el del alcance del ángulo de giro, ya que basta para conseguirlo modificar el valor de la resistencia R1  El valor de 71K que aparece en el esquema es un valor extraño, pero es el que produce exactamente el giro de 180º justos Un valor inferior haría que el servo tendiese a girar más, pero como no puede hacerlo, no pasa nunca de su tope. Sin embargo un valor superior, si que limita el giro, de modo que con 150K el servo no llega a moverse. Así que una solución facilísima es añadir un potenciómetro de 100K de ajuste, en serie con esa resistencia, y con ello la resistencia de esa rama se podrá ajustar entre los 71 K y los 171K lo que consigue desde un giro máximo, de 180 grados, hasta un mínimo prácticamente nulo.  Conseguir tener este ajuste es muy importante porque cuando se ponen las bielas y transmisiones que mueven los desvíos, hay que conseguir que el movimiento se ajuste al recorrido que tengan que hacer los espadines, y si el servo se intenta mover más, se forzarán estas transmisiones.

Y ¿podemos hacer algo con respecto a la velocidad? Realmente en el primer esquema, cuando mandábamos el giro con un potenciómetro, la velocidad de giro podía ser la que quisiéramos, pues basta girar más o menos lentamente el mando. Pero claro, no es cosa de estar moviendo un montón de potenciómetros lentamente para conseguir un movimiento lento de los desvíos. Necesitamos unos deditos mágicos que muevan lentamente ese potenciómetro por nosotros, a la velocidad que queramos. Curiosamente esto es posible, y la verdad es que yo ya he usado esos deditos mágicos en todos los controladores que he desarrollado que llevan control de inercia. Y es que el problema es el mismo: en un controlador normal, sin inercia, nosotros movemos el regulador de velocidad más o menos lentamente para acelerar o frenar más o menos rápido, pero en un controlador con inercia, la velocidad aumenta o disminuye lentamente, y con mayor o menos rapidez según ajustemos el mando a una inercia menor o mayor. De nuevo es como si esos deditos mágicos se encargasen de mover más o menos rápidamente el control de velocidad.

Bueno el secreto está en lo que se llama un potenciómetro digital, como el DS1804-100 que se ve en todos mis controladores con simulación de inercia.  El nombre puede ser un poco confuso, pero que quede claro que esto no tiene nada que ver con los sistemas digitales para el manejo de trenes.

En la imagen precedente vemos que toda la parte derecha, sigue igual,  y se ha incluido el potenciómetro de ajuste de 100 K, identificado como RANGE para permitir modificar el alcance del giro, tal como decíamos anteriormente.

Pero, donde antes hubo un potenciómetro manual de 100K ahora hay un potenciómetro digital también de 100k marcado como U1. Si nos fijamos la parte derecha de este chip lleva tres terminales marcados como H W y L (Hight, Wipper y Low) que corresponden exactamente a las tres patillas de un potenciómetro, siendo la W la del cursor, y las otras dos las de los extremos de la pista. 

Para "mover" ese potenciómetro tenemos los tres terminales de la izquierda de los cuales el central CS está unido a tierra y es simplemente para activar o desactivar el dispositivo. Por el terminal superior INC tiene que recibir un tren de pulsos de la frecuencia que queramos. Cada vez que recibe un pulso el "cursor" de este potenciómetro sube o baja una centésima parte de la resistencia total, así que como en este caso es de 100 ohmios subirá o bajará un ohmio. Es como si en un potenciómetro manual moviéramos el mando una centésima parte de su recorrido.

Y el tercer terminal U/D (Upper / Down) hace que esos saltos sean hacia arriba o hacia abajo.  De manera que si el terminal U/D es positivo por cada impulso que llegue por INC el cursor se mueve un ohmio hacia arriba, y si es U/D es negativo se mueve un ohmio hacia abajo. Con eso, el conmutador SW1 actúa como en el segundo esquema. es decir, en una posición conecta U/D al positivo y por lo tanto con cada pulso que llegue el cursor irá subiendo, y si ponemos el conmutador hacia abajo con cada pulso que llegue el cursor baja hasta llegar abajo. 

Lo fundamental de esto es que el cursor sube o baja al ritmo que le marcan la llegada de pulsos por el terminal INC, de manera que si llegan muy rápido enseguida subirá o bajará el cursor y por lo tanto el giro del servo será rápido, Por el contrario si el ritmo es más lento, el servo se moverá más despacio. En definitiva que de la frecuencia del tren de impulsos que llega por  INC depende  la velocidad a la que se mueve el servo. Por ejemplo si la frecuencia es 20  llegarán 20 pulsos por segundo, así que en 5 segundos, el servo se moverá de extremo a extremo, y si llegan por ejemplo 10 pulsos por segundo, el servo se moverá de extremo a extremo en 10 segundos. Etc

Nótese que los pulsos no dejan nunca de llegar, así que el cursor llega siempre al extremo superior o al inferior y nunca se para en posiciones intermedias. Cuando llega a uno de los extremos los pulsos que siguen llegando se ignoran, hasta que U/D cambie de signo.

O sea, es lo mismo que el segundo esquema, en cuanto a que tenemos un conmutador y moviéndolo a uno y otro lado el servo pasa de un extremo a otro, pero ya no lo hace a la máxima velocidad que permite el servo, sino al ritmo impuesto por la frecuencia de los pulsos que llegan a INC. También, al decir de extremo a extremo, ya no es obligatorio que estos extremos estén separados 180º, sino que podemos ajustar el ángulo deseado con potenciómetro RANGE.

Necesitamos por lo tanto añadir a este circuito, algo que genere unos pulsos con una frecuencia que podamos ajustar. Afortunadamente esto es también muy sencillo y se basa también en un NE555. Además como ya teníamos un N555, podemos usar un integrado NE556 que es como dos NE555 en la misma cápsula. Se ahorra espacio, pero ambos son independientes y de hecho en los esquemas aparecen como dos chips independientes.

La imagen adjunta, recoge el circuito que puede generar un tren de impulsos de una frecuencia variable. El potenciómetro de 100k identificado como SPEED permite ajustar esa frecuencia en límites amplios. Como comentaba, este circuito es un viejo conocido para mi, porque es el que hace aumentar o disminuir la velocidad a un ritmo mayor o menor en los controladores con simulación de inercia. De hecho en ellos las frecuencias utilizadas son más bajas, ya que se puede llegar a que el potenciómetro digital tarde más de un minuto en pasar de extremo a extremo. Aumentando el valor del condensador C1 se puede llegar a frecuencias muy bajas. Nótese que la salida de este circuito se identifica como "CLOCK" que es efectivamente la señal que recibe el potenciómetro digital por la entrada INC en el esquema anterior.

Pues con esto ya tenemos todo: Un circuito que es capaz de manejar un servo moviéndolo de un extremo a otro al accionar un conmutador, y con la posibilidad de ajustar el ángulo de giro y la velocidad del giro. Respecto de lo que podemos conseguir de un servo ya no hay más posibilidades, y supongo que esto lo máximo a lo que se suele llegar con Arduino.

El diseño del circuito DRVSERVO que vemos funcionando en el video de la cabecera de este artículo y también en un video más extenso en el artículo anterior tiene alguna cosa más , así que para no alargar mas éste, vamos a dejar el resto para una segunda parte donde además comentaré algunas modificaciones hechas sobe el prototipo inicial, con vistas a su comercialización.

DRVSERVO

 

DRVSERVO 1.0

Hace poco, comenté aquí, que cuando quise motorizar el paso a nivel FALLER 282730, con un servo, utilicé para manejar el servo un viejo proyecto de un controlador de servos que hice en el año 2014. Funcionar funcionó, pero cuando estuve trabajando con él encontré algunas cosas que no acababan de gustarme. Y no es de extrañar, porque ese diseño fue de las primeras cosas que yo hacía en este campo de la electrónica, y es raro que después de ocho años y unas docenas de diseños, no hubiera aprendido nada.

Así que llegue a la conclusión de que yo, hoy, lo haría de otra forma, y como esto no es más que un hobby me puse a hacer un diseño actualizado para un nuevo "diver" de servos.

El resultado, que podemos ver en la cabecera, es más pequeño, y tiene bastantes menos componentes, y entre otras cosas no lleva ningún relé, como el antiguo, así que resulta bastante más barato.

Iba a decir, "y funciona mejor", pero no es cierto, funciona exactamente igual, porque el principio de funcionamiento es el mismo.

La diferencia mayor estriba en que el antiguo proyecto pretendía funcionar "como un desvío", mientras que este, funciona más bien como un controlador de desvíos, como el DDESVIO3 o el KDESVIO3 que he diseñado posteriormente, es decir se activa mediante entradas que se conectan a elementos tales como pulsadores, sensores hall, conmutadores, etc, que no envían corriente al driver sino que establecen una tensión nula en una entrada. De esta forma la conexión es común a todos los demás dispositivos que he hecho y que estoy utilizando en mi maqueta. 

En el siguiente video puede verse el nuevo driver, bautizado como DRVSERVO y una demostración bastante completa de sus características y funcionamiento.

Como se puede comprobar, el video acaba con unos ejemplos de aplicación, que comprenden, en primer lugar el manejo de un desvío PECO y después el paso a nivel 282730 de Faller que vimos montar en el artículo Motorizacion del paso a nivel FALLER 282730.  En ese artículo se veía como al final se colocaba el antiguo controlador de servos en la base del paso a nivel, y se hacía funcionar con él. Lo que he hecho, es montar uno de los nuevos DRVSERVO, es sustituir el antiguo por este, dejando todo lo demás igual, incluyendo el mismo servo, y grabar unas escenas más de vídeo con el nuevo driver. Por cierto, que este este nuevo video se utilizan sensores Hall para accionar el paso a nivel, cosa que ahora es fácil porque como decía el nuevo está preparado para ser accionado con sensores Hall, cosa que el viejo no tenía, y habría que haber hecho un poco de bricolaje para conseguirlo. 

Llamo la atención a los lectores que se hayan interesado por estos temas, sobre el buen resultado que se obtiene con el ejemplo del movimiento del desvío PECO, ya que se obtiene un movimiento excepcionalmente lento, y uniforme, y todo ello con unos elementos muy sencillos. He estado curioseando por YouTube, donde hay muchos vídeos que demuestran diferentes formas de mover este tipo de desvíos, y entre el abundante material que aparece al respecto, no he encontrado nada que funcione tan bien y de forma tan simple.

Y es que se juntan dos factores: por un lado el DRVSERVO permite un control muy preciso del servo, ya que se puede ajustar la velocidad de giro del servo, y la amplitud del giro, para ajustar el movimiento a lo deseado. La inmensa mayoría de los ejemplos que se ven en YouTube utilizan un Arduino para controlar el servo. A mi me parece un despropósito utilizar un Arduino para eso, porque al fin y al cabo un Arduino es un microprocesador que necesita un programa, mientras que mi sistema es un simple circuito analógico. Por ejemplo si queremos que un servo manejado por Arduino se mueva más rápido o mas lento, o que el movimiento sea más o menos amplio, hay que actuar sobre el programa de Arduino, modificarlo y volverlo a cargar, mientras que con mi circuito hay dos potenciómetros que se mueven con un destornillador, y modifican esos valores incluso mientras el driver está funcionando, de manera que se puede comprobar el efecto conseguido mientras se modifican los ajustes.

Y eso no es todo: Arduino necesita una alimentación de 5V que no es normal en el ámbito del modelismo ferroviario. En lugar de eso, el mío funciona con tensiones entre 9 y 15 V que son las habituales en las escalas Z, N y H0. y por otra parte el sistema de mando del Arduino probablemente no admite con facilidad la conexión por ejemplo de sensores Hall, (que necesitan una alimentación que DRVSERVO les proporciona). 

En definitiva este driver es un sistema creado especialmente para manejar servos en el entorno del modelismo ferroviario, mientras que Arduino es un sistema con una amplísima gama de posibilidades, que en la mayoría de los casos quedan infrautilizadas. Un amigo mío decía que utilizar un Arduino para esto, es como utilizar un Ferrari para ir a comprar el pan a 100 metros de casa. 

Y el otro factor que contribuye al buen funcionamiento del desvío que se ve en el vídeo, es el sistema que mueve el desvío a partir del giro del servo. En la generalidad de los casos se conecta la traviesa móvil del desvío con la leva del servo mediante un alambre o varilla rígido, que tira o empuja la traviesa móvil del desvío. Incluso muchas veces se ve que han hecho un zigzag en esa varilla, lo cual es una técnica copiada del aeromodelismo, para absorber el movimiento excesivo del servo cuando las agujas ya se han movido hasta sus topes. En primer lugar contando con un ajuste del ángulo de giro como tiene mi sistema ese zigzag sería innecesario, aunque sería delicado ajustar exactamente el desplazamiento requerido. Pero lo peor es que con un sistema de leva y varilla, que hacia un lado tira y hacia el otro empuja la traviesa, se producen muchas holguras difíciles de evitar, lo que da lugar a movimientos un tanto imprecisos. 

Lo que yo he hecho es, en primer lugar cambiar la varilla que tira y empuja, por un hilo, que naturalmente solo puede tirar. El movimiento hacia el lado contrario lo garantiza un resorte que tira hacia el lado contrario. Este resorte, puede ser una sencilla goma elástica, como veíamos en el vídeo del paso a nivel, o también, y es una idea mejor, un resorte metálico formado a partir de un imperdible, al que se han cortado los extremos y se han doblado hacia arriba (hacia abajo, en la imagen anterior, que está "cabeza abajo") , para hacer que uno de ellos mueva directamente la traviesa y el otro se fije a un punto que proporcione siempre una tensión que desplace la traviesa móvil hacia el lado contrario al que tira el hilo.

El hilo se enrolla sobre un carrete formado en la cabeza del eje del servo, y que se hace sencillamente con dos arandelas y una sección de macarrón. 

El hilo además hace un reenvío alrededor de la varilla que actúa sobre la traviesa móvil. Este reenvío hace que el movimiento sea la mitad de lento de lo que sería con tiro directo, pero además proporciona una forma muy cómoda de ajustar la longitud del hilo. Aquí se ha sujetado a un tornillo con una arandela que pisa el hilo, pero puede haber otras formas menos aparatosas.

Creo sinceramente que este sistema, es con mucho, el más sencillo de los que se pueden encontrar por Internet, y los resultados son tan buenos o mejores como la mayoría de los mostrados. Todos aquellos que quieran hacer que sus desvíos se muevan de forma espectacularmente lenta, lo tienen a su disposición. Por cierto, los desvíos reales modernos, no se mueven tan lentamente, gracias a los motores eléctricos que llevan. Lo del movimiento lento es una reminiscencia de cuando los desvíos se movían a mano con las célebres "marmitas" o incluso desde un puesto centralizado ("enclavamientos", se llamaban) con palancas manuales. 

Funiculí funiculá

 

Seguramente los lectores de este artículo, estarán sorprendidos por el título, y seguramente aún más por la imagen de cabecera de este artículo. Sin embargo, todo está relacionado, ya que esa imagen corresponde a lo que veníamos llamado "puentes colgantes" hasta que una famosa película les cambió el nombre y ahora decimos "puentes de Indiana Jones"

El traer aquí esta imagen, viene a cuento de que este tipo de puente es un ejemplo clásico, de lo que en teoría de construcción se denomina "estructura funicular"  que corresponde a una estructura (y un puente lo es, sin duda) formada por elementos flexibles, como cables o cuerdas. No hay muchos ejemplos, de este tipo de estructuras, aunque cada vez se hacen más como en cubiertas de estadios (el estadio olímpico de Munich, por ejemplo)  y otras grandes superficies. 

Funicular de Igueldo  -  San Sebastián

La palabra "funicular" resulta un tanto ambigua, porque ha pasado a generalizarse referida a los "ascensores inclinados" que se utilizan para salvar pendientes, formados por dos carros o cabinas que circulan por un vía muy inclinada, y son arrastrados mediante un cable que une dos cabinas, de forma que cuando una sube la otra baja. Esto desde luego no es una estructura funicular, aunque parece que se aplica el nombre por ese cable que une las cabinas (en latín funicula es cuerda o cable). o sea que el nombre completo sería ferrocarril funicular, haciendo alusión a que es un ferrocarril arrastrado por cable.

 Por cierto, el título del artículo hace alusión a una canción italiana, creada con motivo de la inauguración de un funicular para subir al Vesubio

Y todo esto ¿a qué viene?. Pues viene a que vamos a hablar de los pórticos funiculares. En el ferrocarril, es sabido que cuando se hace una línea electrificada, se suspende por encima de la vía un cable (llamado cable de contacto) que se alimenta con electricidad, y que las locomotoras eléctricas reciben con un frotador llamado pantógrafo, Con objeto de que este cable se mantenga horizontal entre los postes que lo soportan se añade un segundo cable por encima (llamado cable portante) que si que adopta una curva entre poste y poste, pero que va unido al cable de contacto en intervalos cortos  con unos tirantes (llámados péndolas) que compensan la curvatura del cable portante, haciendo que el de contacto quede recto.  La curva que adopta el cable portante entre poste y poste, se denomina en matemáticas "catenaria" (de cadena), pero este nombre, en el caso del ferrocarril se extiende a todo el sistema de cables e incluso postes, que pasa a llamarse catenaria.

Como decía todo este sistema de cables y péndolas va soportado por postes, situados junto a la vía y que están separados a unas distancias de unos 60 m en rectas. Estos postes llevan en la parte superior una ménsula que sujeta los cables para que mantengan su forma y posición correctas.  Normalmente en líneas de doble vía se ponen postes a ambos lados, de manera que cada vía tiene sus propios cables y sus propios postes de sustentación.

El problema viene cuando en las estaciones lo que eran dos vías pasan a cuatro, seis, o muchas más. Mantener un sistema de postes para cada vía haría que se crease un bosque de postes e incluso podría ocurrir que no hubiese espacio para los postes en algunos puntos, como cruces, desvíos etc. Asi que en cuanto se pasa de dos o tres vías se recurre a colgar los cables de las catenarias, de unas estructuras suspendidas entre postes más altos y mucho más separados que los normales en plena vía. Estas estructuras se denominan pórticos funiculares y efectivamente están formados por cables, que adoptan la forma adecuada para soportar los cables de las catenarias en la altura y posición adecuadas.

Marklin tiene a la venta, desde el inicio de los tiempos de la escala Z una serie de elementos para modelizar todo este tema de las catenarias. Hay postes para utilizarlos en plena vía, ya sea solos para vía única o en parejas para via doble, y columnas más altas para colgar los pórticos funiculares. También tienen piezas para reproducir los cables de catenaria y para reproducir los pórticos funiculares.

Hay otra empresa (http://www.hos-modellbahntechnik.de/) que aparece en algunos sitios como fabricante de piezas de catenaria para la escala Z, pero curiosamente, en su página no aparece nada de esto. Es posible que tenga cedida la exclusiva de venta a alguna tienda, como 1 Zu 220 (https://www.1zu220-shop.de/)

De esta segunda opción no puedo opinar, porque no he visto más que unas fotografías diminutas, pero si voy a hacerlo de la de Marklin. En primer lugar una imagen de un antígüo catálogo:

 

Como puede verse la reproducción de lo que deberían ser cables de catenaria, es una especie de pletina troquelada, lo que resulta totalmente antiestético. Sin embargo lo peor no es eso: lo peor es que cuando llegamos a una curva, para que los pantógrafos no se salgan completamente de debajo de la catenaria, es necesario curvar ésta, siguiendo el trazado de la curva.  Naturalmente las catenarias reales están hechas de cables atirantados, así que cada tramo va perfectamente recto de poste a poste. Lo que ocurre es que como las curvas del tren real, son proporcionalmente mucho más amplias, basta reducir un poco la distancia entre postes para que el cable de contacto quede siempre sobre el pantógrafo. Así que este problema, no tiene solución, a menos que hagamos maquetas con curvas de radios mucho más grandes, y eso solo sería posible con maquetas enormes.

Asi que lo que hacen muchos maquetistas, en escala N y casi todos en escala Z es sencillamente no poner los cables de catenaria, y si en cambio poner los postes. Esto puede parecer un grave fallo, puesto que entonces estaríamos perdiendo realismo, pero es que lo que ocurre es que los cables, si los ponemos a la escala correcta, sencillamente no se verían, así que si no los ponemos no perdemos nada. 

Como dato: los cables de catenaria del tren real , son en el caso de mayor grosor (la llamada catenaria C-220) de 15 mm de diámetro el portante y de 11,5 mm de diámetro los de contacto, que son dos. Esto, traducido a escala Z serían unos hilos de 0,07 mm y 0,05 mm de diámetro (o sea 70 y 50 micras respectivamente). Si pusiéramos hilos de estos espesores, sencillamente no los veríamos salvo que acercásemos la nariz hasta casi tocar las vías. Como realmente los trenes tendemos a verlos con una cierta perspectiva. es un esfuerzo inútil hacer toda una telaraña de filamentos invisibles sobre las vías.

Así que si no ponemos los hilos de catenaria, y si que ponemos los postes, obtenemos un efecto visual muy real y nos evitamos un montón de problemas, desde el mencionado de que los cables se desborden de los pantógrafos al hecho de poner una maraña de fínisimos hilos sobre las vías que impiden limpiar las vías o intervenir ante un incidente.

¿Y que hacemos con los pórticos funiculares? Yo soy partidario de ponerlos, porque dan un ambiente muy ferroviario a las estaciones y como es un tema restringido a las estaciones, no supone demasiado esfuerzo y además si en la línea ponemos los postes, en la estación debemos poner lo equivalente que son los pórticos. De nuevo tenemos la opción de utilizar las piezas prefabricadas de Märkiln, pero para mi tienen inconvenientes: En primer lugar hay dos anchos solamente, de modo que nos obligamos s poner los postes en sitios determinados, además, como están pensados para soportar su catenaria de pletinas, son demasiado gruesos y por cierto de color plateado. 

Yo lo que he hecho, es construir sobre los postes de Märklin , una estructura ("funicular", claro) de hilos negros. He utilizado sencillamente hilo de costura, de manera que seguramente son algo más gruesos de lo debido, aunque hay que tener en cuenta que los cables con los que se hacen estos pórticos en la realidad son bastante más gruesos que los de la catenaria.

En la figura anterior, podemos ver uno de estos pórticos hechos con hilo en primer plano (y se intuyen otros dos más atrás). A mi me gusta cómo ha quedado.

Por cierto, que inicialmente compré una bobina de hilo de costura de los llamados "invisibles". Pero al tratar de usarlo para ésto, me di cuenta de que, aparte de era muy incómodo de manejar, el resultado era exactamente tal como podía esperarse: invisible. Seguramente el grosor del hilo era muy real, pero yo quería que se vieran los pórticos, así que cambié al hilo normal de costura. Luego, este hilo invisible me sirvió para hacer que se movieran las barreras en el paso a nivel que comenté en el artículo anterior.

Una cuestión es que si no hay catenarias, los pantógrafos de las locomotoras se extenderán a toda su altura, tropezando con las ménsulas de los postes normales y con los hilos transversales de estos pórticos. La solución, que ya se ha comentado aquí (por un pelo)  es limitar la extensión de los pantógrafos a lo que sería la altura del hilo de contacto, y para ello se puede usar un hilo finísimo (como el famoso invisible) o incluso un cabello, pegado de forma que impida que el pantógrafo se extienda totalmente.

En la imagen siguiente vemos un tren con locomotora eléctrica parado justo antes de alcanzar el cable del pórtico. Como se ve, el pantógrafo no tropieza con el cable. 

Hacer esto en escala Z parece una labor de chinos, y ciertamente hay que tener paciencia, pero no más que para otros muchos temas en esta escala. El método que yo he usado ha sido ir poniendo hilos y tensarlos con gomas sujetas a chinchetas clavadas en la base sin atar ningún hilo a ningún otro ni a los postes. Una vez todos los hilos puestos en su lugar, con un trozo de hilo adicional hago una lazada que haga que se unan los hilos que se cruzan en un punto. Por ejemplo las péndolas se unen a los hilos horizontales así.  La imagen siguiente muestra un momento de este proceso:

Una vez que todos los hilos estaban en tensión y en su posición, he ido depositando una pequeñísima gota de pegamento de cianoacrilato en cada punto donde un hilo toca a otro y también en los puntos en que los hilos tocan los postes. Una vez el cianoacrilato perfectamente seco, he cortado todos los sobrantes y el pórtico queda terminado. Incluso alguna gotita de pegamento puede "hacer el papel" de un aislante de vidrio.

Asi ha quedado prácticamente terminada la estación, de modo que pronto voy a poder dejarla definitivamente en su lugar en la maqueta, y pasar a terminar de poner toda la vía.