Detección de trenes

Tenía muchas ganas de realizar esta prueba, ya que toda mi idea del manejo de la maqueta por ordenador se basa en esta posibilidad. Se trata de conseguir que un programa de ordenador pueda detectar el paso de trenes por determinados puntos de la maqueta.

Esta función consta de tres fases diferentes: un sistema que detecte físicamente el paso de un tren por un lugar. Un sistema que transmita esa información al ordenador, y un programa de ordenador capaz de recibir e interpretar esas señales.

Creo que ya he comentado que hace tiempo compré una placa PS6E8S a la empresa Micropick. Esta placa dispone de seis entradas optoacopladas y ocho salidas por relé y se conecta al puerto serie de un ordenador. Esta empresa, junto con la placa, suministra unos programas de ordenador en Visual Basic que sirven como muestra de la utilización de la placa.

En la imagen vemos el aspecto de esta placa. En la parte superior está el conector de puerto serie y la alimentación. A la derecha están las seis entradas y a la izquierda los seis relés de salida. Cada una de las seis entradas consiste en un opto-acoplador que se conecta a lo que sería un interruptor. El interruptor abierto se interpreta como valor cero y el interruptor cerrado como valor uno.

La idea es que estos interruptores sean reles reed situados en la vía, y accionados por imanes situados en las locomotoras. Inicialmente había pensado utilizar vías de contacto de Marklin, pero me he convencido de que el sistema de relés reed es mucho más eficiente, y de paso más barato.

En la imagen vemos el aspecto de uno de estos contactos situado en la vía. Las dos imágenes siguientes muestran detalles del propio relé y del minúsculo imán, situado sobre la cabeza del tornillo en la panza de la locomotora









Hasta aquí, todo es sencillo: basta conectar el puerto paralelo del ordenador a la placa, conectar los dos hilos del detector reed a una de las puertas de entrada de la placa y ejecutar el programa. Al ejecutar el programa vemos una pequeña ventana que contiene seis casillas que identifican el estado de cada entrada. Cuando el interruptor esta abierto, la casilla correspondiente muestra el valor cero. Si pasa una locomotora por encima del detector, el contacto se cierra, y automáticamente la ventana del programa muestra el valor uno en la casilla correspondiente.

Cuando la locomotora termina de pasar y el detector se abre, la casilla vuelve a mostrar el valor cero: Excelente, pero....

Aparentemente si tenemos seis puertas podemos conectar seis detectores. Esto resulta insuficiente ya que al menos se necesita un detector por cada cantón, y la maqueta tendrá al menos siete cantones. Además sería bueno disponer de la posibilidad de más detectores para poder establecer por ejemplo puntos de deceleración y de parada.

Sin embargo hay una solución muy sencilla, ya que las seis entradas no tienen porqué ser independientes, sino que pueden ser combinadas. Por ejemplo un determinado sensor puede activar simultáneamente las entradas 1, 2, 4, 5 y 6 y el programa podrá interpretar esa combinación como una señal independiente de cualquier otra. Lo que hay que hacer es tener un sistema que permita que a cada sensor se le asigne una combinación distinta de las seis entradas.
Y.. ¿Cuántas configuraciones distintas pueden adoptar esas seis señales? Pues sencillamente 2 elevado a 6, o sea 64 señales distintas. Puedo tener entonces hasta 64 detectores en la maqueta, lo cual es ya mucho más que suficiente.

Hay una forma muy sencilla de que cada detector genere una de esas 64 posibles combinaciones. Si conecto el cable que viene del detector a un "pianillo" con seis interruptores, y conecto cada interruptor a cada una de las entradas, la activación del sensor se transmitirá a las entradas que tengan el interruptor del pianillo cerrado y no a las que lo tengan abierto.

En la imagen vemos como cada una de las seis entradas se conecta a uno de los interruptores del pianillo. Éste se ha colocada en la misma placa de prototipos en que está montado el regulador PWM, pero no tiene ninguna conexión con él. Una vista más cercana del pianillo nos muestra que están cerrados los interruptores 1,2,4,5 y 6. El 3 está abierto y el 7 y 8 no tienen efecto.

Cuando se cierre el sensor conectado así será como activar las entradas 1,2,4,5 y 6

Efectivamente la imagen de la pantalla del ordenador muestra como al pasar la locomotora por encima de este sensor, se activan las casillas correspondientes a la posición del pianillo.

Es tan sencillo, que ni siquiera se necesita ningún componente electrónico. únicamente hay que poner uno de estos pianillos por cada sensor que coloquemos en la vía, y poner en cada uno de ellos una disposición diferente de los interruptores.
Aunque si queremos darle un poco más de importancia al asunto, podemos decir que a casa sensor hay que asignarle una dirección de 6 bits, y que esa dirección la establecemos configurando el pianillo con la correspondiente combinación de sus micro-interruptores.

O sea, que finalmente, con este sistema tenemos la posibilidad de situar hasta 64 detectores en cualquier punto de la maqueta, y el programa será capaz de detectar el paso de trenes por cada uno de esos puntos y actuar de la forma que convenga, por ejemplo cerrando o abriendo señales, moviendo desvíos, etc. Cada sensor lleva un único cable de señal y otro común a todos ellos

Nótese que para hacer esto mismo, con un sistema digital de los que se utilizan normalmente habría que situar codificadores de señal S88 y conectar a ellos los detectores reed. Todos los S88 se deberán conectar con sus complicados cables a una central digital, y ésta a su vez a un ordenador cargado con un programa capaz de manejar esta información. No cabe duda que ésta solución es muccho más sencilla y barata.

Con dos locomotoras

Jaime, un seguidor de este Blog, advertía de que si la máxima corriente que era capaz de mantener el circuito PWM que he construido, era de 300 mA como dicen las especificaciones, podría llegar a tener problemas con algunas composiciones con dos motores y con las dobles tracciones. De hecho parece que ha adquirido algún regulador de System Joeger y ha tenido problemas por esa causa.

El regulador de Herr Joeger, como está muy bien hecho, cuando detecta una sobrecarga se corta automáticamente y enciende un indicador de sobrecarga. A mi me ha pasado incluso con una única locomotora. Esto está muy bien, salvo que la locomotora no arranca y no hay nada que se pueda hacer. En realidad pasado el momento del arranque, la locomotora pasaría a consumir menos, y por lo tanto podría funcionar indefinidamente, pero el control del regulador impide arrancar.

Evidentemente el circuito artesanal aquí presentado no es tan perfecto, de modo que intentará proporcionar toda la intensidad que se le pida hasta que se torrefacte el transistor de salida. Así que nunca se dará el caso de que una locomotora no arranque por esta causa.

Se trataba por lo tanto de probar si este regulador es capaz, no ya de arrancar, sino de mantener indefinidamente dos locomotoras funcionando. Esta mañana he realizado la prueba tal como muestra la fotografía de cabecera.

He conectado un polímetro para medir la corriente que consumen las dos locomotoras, y he ajustado las dos locomotoras al punto en que se produce el consumo máximo, que curiosamente no es a la velocidad máxima. El consumo lo mido a la salida de la fuente de alimentación, donde tengo corriente continua pura. Si lo midiese en la corriente que alimenta la vía, la medida podría no ser fiable debido a la forma de onda de la corriente.

Con las dos locomotoras funcionando a velocidad constante, el consumo medido ha sido un poco más de 400 mA, lo cual es menos de lo que yo esperaba. Debo decir que las locomotoras no están descargadas, sino que están patinando y empujando contra un tope.

He mantenido esta situación durante un lapso de una media hora. La temperatura del transistor efectivamente se ha elevado, pero parece que el calentamiento ha sido perfectamente soportable. Yo diría que 500 mA debe ser un tope razonable para este transistor, con lo que parece que la hoja de datos que mencionaba ayer no es muy correcta.

En conclusión: En mi opinión este regulador es "justito" para ser utilizado con dos motores. En mi opinión si se quiere tener más garantías lo que habría que hacer es buscar un transistor de características similares pero con mayor poder de disipación, y no hacer todo el montaje que propone el autor del artículo. Yo, de momento, lo voy a dejar como está.

Y, a propósito, he tratado de medir la frecuencia de la onda generada por este circuito. Es del orden de 150 Hz. lo cual me parece muy bien pues es lo suficientemente baja para que no haya problemas derivados de una alta frecuencia (interferencias, deterioro de la señal, etc)

Cambio de Oficio

Como ya he comentado, estoy a la espera de recibir más vías, así que mientras llega he comenzado a trabajar en el tema de la electrónica.

Lo primero que he hecho es comprar una fuente de alimentación de 9 V estabilizada y con una capacidad de 2 Amperios. Esta fuente es necesaria en todo caso para suministrar la corriente continua para alimentar los reguladores de System Jorger o los que sean. 2 A es un poco justo, ya que en teoría cada locomotora puede llegar a consumir del orden de 500 mA con lo que esta fuente podría suministrar corriente a cuatro locomotoras simultáneamente. Sin embargo como en condiciones normales las locomotoras gastan menos, espero que sea suficiente. En todo caso, si luego noto caídas de tensión o calentamiento excesivo, podré poner otra fuente adicional.

Luego he analizado el tema de los reguladores. En estas páginas, he hecho grandes elogios de los reguladores de System Joeger, y verdaderamente son excelentes. Sin embargo, también he explicado que tengo la intención de manejar la corriente de tracción mediante un programa de ordenador, por lo que el potenciómetro manual, debe ser sustituído por un potenciómetro digital.
Empezar a toquetear de esta manera un dispositivo comprado me parece peligroso porque puedo fácilmente estropearlo, y no son tan baratos. Por otra parte, estos dispositivos son tan buenos que incorporan una arrancada y frenado suave. Muy bien para manejarlo manualmente, pero si los va a manejar un ordenador, es mejor que esta operativa la realice el programa de ordenador y no el regulador, que deberá, en cada instante, generar la velocidad que le indique el ordenador.

Así que he querido hacer una prueba, con un circuito de regulación artesanal. Para ello he buscado en internet "PWM" (Modulación por ancho de pulsos) para buscar circuitos que puedan realizar esta labor.

El resultado que más me ha gustado está en este enlace:

Control de Motores de CC por PWM
Se trata de un circuito muy simple pero que promete realizar la tarea pedida. Se basa en la utilización de un Circuito integrado NE555 utilizado como multivibrador astable y un transistor Darlington MPSA 13 que pilota el motor.

Así que dicho y hecho, aprovechando mi visita a la tienda de electrónica he adquirido este circuito integrado (0,60 €) el transistor, (0,12 €) y el resto de componentes (un condensador tres diodos y dos resistencias) En total alrededor de un euro.

Para probar el funcionamiento he hecho el montaje que se puede ver en las fotografías en una placa de prototipos, y después de encomendarme a todos los santos, he conectado el circuito. Resultado: ¡FUNCIONA!

Es decir hace exactamente lo que tiene que hacer: Genera una corriente en forma de pulsos de anchura variable. Moviendo el potenciómetro, los pulsos son cada vez más anchos, y como consecuencia el motor se mueve más o menos rápido. Conectando un osciloscopio se pueden ver estos pulsos de anchura variable perfectamente definidos (¡mucho más definidos que con el regulador de Joerger!)
En la práctica, una de mis locomotoras se ha movido con perfecta suavidad y con una regulación de velocidad excelente
Como consecuencia de esto: Puedo fabricar reguladores a un precio mucho más barato que cualquiera de los comerciales y con un funcionamiento tal como yo lo quiero, es decir con regulación por PWM pero sin aceleración y frenado suave. Aunque fuera a manejarlos a mano esta sería ya una muy buena solución, pero sobre todo me va a permitir seguir experimentando sobre el control por ordenador sin peligro de estropear un disposivo comercial mucho más caro y que hay que pedir a Alemania.

Quizá los dos Joeger que tengo acaben en la maqueta como dispositivos auxiliares para manejar algunos trenes de forma manual, por ejemplo para hacer maniobras.