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martes, 1 de octubre de 2013

Decíamos ayer.....



Lejos de mi compararme con Fray Luis de León, que reanudó así sus clases en la Universidad de Salamanca. De entrada él venía de una cárcel de la Inquisición, y yo retomo este blog después de un agradable veraneo, excepcionalmente alargado, sobre todo por la bonanza del tiempo.

Bueno, pues el pasado 6 de Julio, escribía un artículo comentando las posibles ventajas y desventajas de construir un nuevo tipo de controlador, pero basado en un circuito L293 en sustitución del transistor de salida que había utilizado en montajes anteriores. Como ya decía en aquél artículo, no acababa de ver las ventajas de esta sustitución, que aunque es mucho más elegante técnicamente no me aportaba ninguna ventaja práctica, y si una complicación adicional para incorporar una posición de parada en el conmutador.

Evidentemente hay una solución elemental, que es la recogida en el esquema que encabeza este artículo, y que consiste en incorporar un conmutador de tres posiciones a la salida del L293. El cambio de sentido está entonces encomendado a este conmutador con posición central desconectada mientras que el L293 siempre funciona "en el mismo sentido" porque las conexiones de sus terminales de control son fijas. Hacer esto, quita cada vez más sentido al hecho de utilizar el L293, pero no cabe duda de que en el aspecto práctico funciona. Lo que si he hecho es poner un jumper (JP1 en el esquema) para poder conmutar entre dos condensadores C1 y C3 de capacidades distintas para poder tener dos frecuencias de funcionamiento distintas.

Como digo estaba a punto de abandonar esta línea, cuando decidí que era un ejemplo muy bueno para experimentar con lo que podíamos llamar la segunda etapa del programa Proteus. Y es que Proteus es en realidad una suite de programas. El que hasta ahora he comentado aquí es el denominado ISIS que es el encargado de generar esos esquemas de circuito que he publicado últimamente. Pero hay un segundo programa de la suite, denominado ARES que es el que permite diseñar el circuito impreso para construir la placa de circuito impreso.

Ya he comentado anteriormente que hasta ahora, para dibujar el gráfico de los circuitos impresos, me ayudaba de un programa de dibujo denominado PaintShopPro, muy potente en cuanto a dibujo, pero que no sabe si lo que estamos dibujando es una vaca o un transistor.

Sin embargo, ARES es capaz de tomar los elementos del circuito creado con ISIS identificar sus componentes con una librería de "formas" en las que hay infinidad de elementos con su geometría definida (tamaño, situación de terminales, identificación de cada terminal, etc) y a partir de una y otra cosa generar un gráfico del circuito impreso necesario. Realmente no es tan automático como sería deseable pero "se deja ayudar" por el usuario de manera que tras un proceso de prueba y error se llega con más o menos rapidez, según la experiencia del usuario, a un circuito aceptable. Hay dos cosas muy válidas que aporta, y que son la seguridad de que el circuito coincide con el esquema eléctrico, y que garantiza que no hay interferencias entre componentes y entre pistas del circuito.

Así que, con un cierto escepticismo, me decidí a probar la parte de diseño de circuitos impresos. Aquí hay una cuestión importante, porque como ya he comentado, los circuitos impresos que yo fabrico artesanalmente son de una cara, con puentes de unión en la parte superior, mientras que la práctica industrial habitual son los circuitos de doble cara. ¿Sería posible realizar un circuito de una sola cara con Proteus? la respuesta es desde luego afirmativa.

La imagen siguiente es el resultado de ese primer intento.



Como se puede comprobar el programa ha generado un esquema de pistas, representado en azul para una sola cara, y las conexiones que resultan imposibles se han realizado mediante puentes (cuatro en total). Inicialmente estos puentes se representan en rojo pero en el dibujo quedan tapados por el dibujo de líneas para la serigrafía.

Conclusión: SI es posible diseñar un circuito de una cara con Proteus y utilizar este dibujo para fabricar un circuito impreso con la técnica habitual para mi.

De hecho, he fabricado esta placa y el resultado es el que vemos a continuación:

 
Esta es la parte superior, y como vemos la calcomanía se ha obtenido directamente de la imagen de serigrafía generada por Proteus. En cuanto a la parte inferior también la obtuve directamente de la imagen que para la cara de cobre genera Proteus. El resultado es este:
 
 
Como se puede comprobar es un diseño con un estilo distinto a los que yo normalmente creo de forma manual, pero por supuesto perfectamente válido. Al terminar el proceso de la forma habitual, es decir generando el fotolito para el fotograbado etc, puedo intervenir en cualquier fase de este proceso, y aquí, se ve que he incluido el logotipo y el nombre del circuito en la cara de cobre, cosa que en Proteus no había hecho.
 
Bien pues cuando hice esto quedé muy contento, porque tenía un nuevo método para generar circuitos impresos con mayor facilidad seguridad y rapidez que el procedimiento manual que venía empleando.
 
Pero aquí surgió otra idea: Proteus no sólo es capaz de hacer el diseño del circuito e imprimirlo para hacer un fotolito, sino que también es capaz de generar una serie de ficheros con el formato que se utiliza en la industria para fabricar estos circuitos impresos (es lo que se suele llamar ficheros Gerber).
 
Puede parecer que esto sería útil solamente para la producción en serie de grandes cantidades de circuitos idénticos, pero en realidad no es así. Existen empresas que funcionan a través de Internet, a las cuales podemos enviar nuestros archivos Gerber y nos devuelven el circuito impreso fabricado. Lo bueno es que los precios son asequibles incluso para uno solo o para unos pocos circuitos.
 
Como lo tenía tan a mano, decidí hacer la prueba, pero lo que quería ahora era un circuito totalmente profesional, así que lo que hice fue generar un segundo diseño del circuito con Proteus, pero ahora a doble cara.
 
El resultado del diseño fue este:
 
 
Como se puede observar, no he movido para nada los componentes, pero le he pedido al programa un circuito a doble cara, y eso es lo que se ha generado: La cara azul es la inferior y la cara roja la superior. Evidentemente ya no hay ningún puente. Una vez obtenido este diseño, generé los archivos Gerber y localicé una empresa que se dedica a esta función de fabricar circuitos impresos. En unos días recibí por correo las placas con el aspecto que vemos en la siguiente imagen:
 
 
Como no podía menos de ocurrir, el aspecto de esta placa es totalmente profesional. En la vista de la cara superior se ha impreso la correspondiente serigrafía (la calidad de esa impresión no es nada buena) y como corresponde todos los taladros pasantes están metalizados para comunicar las dos caras.
 
En cuanto a la cara inferior, éste es el aspecto:
 
 
Como se puede ver, casi toda la cara inferior está ocupada por un "plano de masa" y tenemos la correspondiente máscara de soldadura de color verde en ambas caras. Precisamente esta máscara de soldadura, junto con los taladros metalizados, son elementos muy difíciles de reproducir de forma artesanal.
 
Bueno, pues ahora resulta que tengo dos placas de circuito impreso distintas para el mismo elemento: el nuevo controlador PWM04.
 
Todavía no he montado ninguno, pero evidentemente lo voy a hacer y veremos que resultado da. Desde luego el aspecto de este controlador montado en esas placas industriales va a ser de lo más profesional. Ya iré comentando el resultado.
 
 
 

viernes, 12 de julio de 2013

Vacaciones

Bueno, queridos amigos, como muchos de vosotros estaréis disfrutando de la playa o la montaña, voy yo también a tomarme unos días de descanso.

A la vuelta de los calores estivales espero que vengamos todos con muchos ánimos para seguir hablando de trenes.

martes, 9 de julio de 2013

PWM4A

 
Un amable comunicante, preguntaba respecto de mi anterior comentario, si el Controlador de motor L293D puede manejarse de forma analógica, o se necesita un dispositivo digital. Hoy me ha llegado el pedido que hice de estos controladores y me he dedicado a hacer la prueba cuidadosamente, porque yo también me había empeñado en crear señales digitales (de 5 V y formato digital), tal como se veía en el esquema del último artículo.
 
El resultado me ha resultado muy satisfactorio, porque con un circuito tan sencillo como el de la figura que encabeza este artículo se consigue un perfecto control de la velocidad con el potenciómetro RV1 y del sentido de movimiento con el conmutador SW1. En resumidas cuentas un controlador de trenes perfecto hecho con dos circuitos integrados y unos pocos componentes adicionales. Si la alimentación es con 9 V sirve para Z y si se hace con 12 Voltios sirve para escala N.
 
He tenido el sistema funcionando con DOS locomotoras de escala Z durante una media hora a toda velocidad y aunque el chip L293D se calienta, ha resistido perfectamente la prueba que suponía estar entregando unos 450 mA.  Hay que tener en cuenta a demás que el chip estaba colocado en la protoboard. Lo previsto como ya comenté es soldar sus patillas de masa a una zona de circuito impreso que contribuya a disipar el calor. Así que se puede utilizar con seguridad incluso para dobles tracciones o trenes con dos cabezas tractoras.
 
Sobre el diseño hay un par de curiosidades: Como se puede ver aprovecho los dos circuitos del L293D en paralelo, de manera que las entradas 1 y 3 están unidas y también la 2 y 4, así como los dos enabled, Por las salidas también uno la salida 1 con la 3 y la 2 con la 4. De manera que aprovecho que este chip está previsto para dos motores para hacer trabajar las dos mitades en paralelo. Así resistirá el doble de carga sin problemas.
 
Para la inversión de sentido utilizo un sencillo conmutador SW1 que lo que hace es alternar las entradas 1 y 3 y las 2 y 4 entre masa y la tensión de entrada (Si, los 9 o 12 voltios) Esto hace el cambio de sentido perfectamente. Aprovecho el cabio de polaridad de las entradas 1 y 3 para encender alternativamente dos leds, de distinto color D5 y D6 que sirven de indicativo del sentido de la marcha.
 
La señal de salida del pin3 del NE555 la llevo directamente a la señal de enabled del controlador. Funciona perfectamente, de modo que la corriente de salida del controlador de motor va pilotada por la señal PWM producida por el NE555
 
Por cierto, he aprovechado que tenía todo el montaje en la protoboard para experimentar con la posibilidad de cambiar la frecuencia de los pulsos de la PWM. El condensador C1 es el que define el valor de la frecuencia, de manera que con los 330nF que he puesto siempre, se obtiene una frecuencia de unos 40 HZ. Si disminuimos la capacidad del condensador, la frecuencia aumenta proporcionalmente de modo que he probado con 100 pF con 1000 pF y con 10 nF . Con 10 nF la frecuencia es del orden 1200 Hz lo cual resulta en un sonido audible en la locomotora. Con 1000 pF se obtienen unos 12kHz y tenemos un comportamiento muy bueno, sobre todo a velocidades altas. Por último con solo 100 pf la frecuencia es del orden de 120 kHz, con lo cual se vuelve todo bastante loco.
 
En resumen: con 330nF se obtienen 40 HZ y las locomotoras se comportan excepcionalmente a velocidades lentas y bien a velocidades altas.
 
Con 1000 pF se obtienen 12 kHz y el comportamiento a velocidades lentas es bastante peor, que en el caso anterior, pero es excelente en velocidades altas.
 
A lo mejor no es ninguna tontería poner un conmutador para poder escoger entre esas dos frecuencias según lo que se quiera hacer en cada momento. Sería algo así como una marcha de maniobras y una marcha rápida.
 
Así que como se puede ver, hasta aquí todo es un completo éxito.
 
Como dije tenía la intención de construir un prototipo de controlador, que sería el PWM4A y que podría también replicar para los compañeros de afición que me piden alguno de estos controladores. Sin embargo, hay una cosa que no me gusta: La principal ventaja de sustituir el transistor de salida por un controlador de motor, es que se puede conseguir el cambio de sentido, cambiando la polaridad de las entradas de control, en lugar de poner un conmutador en la salida hacia la vía. Esto es muy bonito, pero en la práctica, si resulta que tengo un conmutador como el SW1 del esquema, ¿Qué más me da, que controle la señal de control o que lo haga con la corriente de salida? de cara al usuario le da lo mismo, ya que en ambos casos tiene un conmutador para cambiar el sentido.
 
Lo malo es que no da lo mismo, porque realmente yo venía poniendo en los controladores un conmutador de tres posiciones, es decir con posición central desconectada que permitía dejar la locomotora desconectada (y apagar las luces). Bueno pues resulta que si hago esto ahora, es decir si el conmutador SW1 es con desconexión central, al ponerlo en esa posición, ¡el motor no se para! Para pararlo hay que llevar a las dos entradas la tensión alta o baja, pero no vale dejarlas abiertas, que es lo que hace el conmutador con desconexión central.
 
Así que el SW1 no puede ser con desconexión central, sino de dos posiciones, y hay que buscar algo para poder desconectar el motor y dejar la locomotora sin tensión. Una solución podría ser que el potenciómetro tuviese un interruptor asociado, pero es una solución que me resulta antigua y que no me gusta.
 
En resumidas cuentas, que aparecen más inconvenientes que ventajas, de cara a sustituir el transistor de salida por este controlador a pesar de que funciona muy bien, así que definitivamente no voy a hacer ningún controlador MANUAL con este sistema.
 
Otra cosa es que cuando el control sea digital, si que la solución del L293D es perfecta, ya que se hace directamente el control de sentido de giro con señales digitales. Bueno, este tema surgió de cara a hacer un control digital para el movimiento de la rotonda, así que ahí si que voy a usar con toda seguridad esta solución.