Electrónica de diseño

Aunque ya he comentado varias veces que mi afición no es la electrónica, últimamente me he dedicado un poco a este tema, aunque desde luego orientado a los trenes, y más concretamente a los controles de tracción por corriente pulsada. En un artículo reciente, mostré un controlador (PWM09V) diseñado y construido por mi, del cual quedé muy contento.

Pero me quedaba el gusanillo de que se podría construir un controlador doble utilizando dos de las placas controladoras y una única fuente de alimentación, y montarlo todo en una caja. Como en mi último artículo hablaba de que quizá me meta en un camino, en cuanto al desarrollo de mi maqueta, en el cual voy a necesitar varios controles PWM, quise lanzarme a construir una unidad doble, y de paso probar una serie de perfeccionamientos que se me han ocurrido a la vista de los resultados del primer diseño.

 Asi que he construido el equipo que vemos en la foto de cabecera, al que he denominado PWM09VD, o sea, lo mismo que el anterior pero añadiendo una "D" con el sentido de "Dual"

Los perfeccionamientos que quería introducir, además de hacerla doble, son estos:

• Permitir un ajuste de la tensión de pico de la salida. El anterior tenía una tensión de pico fija a 9V (de ahí el nombre) pero en esta se permite un ligero ajuste, más o menos entre 8 y 10,5 V

• Incluir un amperímetro para medir la intensidad de corriente que estamos haciendo llegar a las vías.

El primer cambio permite dejar ajustada una tensión de pico que determina la velocidad máxima de las locomotoras. He visto que los 9 V fijos del primer diseño son un poco cortos, y en todo caso al permitir ajustarlo se podría tener una velocidad máxima distinta, por ejemplo en una maqueta con locomotoras de vapor y en otra con trenes de alta velocidad.

El tema del amperímetro es un poco capricho, pero me parece interesante que podamos ver continuamente cuál es el gasto de corriente de la maqueta, sobre todo porque si sube en algún momento, indicará que algo está funcionando mal. Sobre todo, con una única locomotora en marcha, podremos ver cuál es su consumo, lo cual nos puede indicar si necesita una sesión de mantenimiento.

El primer tema lo resolví fácilmente utilizando un estabilizador de tensión ajustable, tipo LM350. El montaje es un poco más complejo que el de un estabilizador fijo, pero merece la pena.

Respecto del amperímetro, quería un amperímetro digital, así que busqué algo que me pudiera servir. Encontré uno de Welleman que me pareció adecuado (PMLED) , y lo pedí. Como saben mis lectores, he tenido muy buenas experiencias con la marca Welleman así que me pareció una buena compra.

Al final el famoso amperímetro me ha dado bastante guerra, pero he conseguido hacerlo funcionar. Mi principal queja, respecto de este elemento no es exactamente respecto al aparato en si, sino a su documentación, escasa y confusa. (la documentación a la que me refiero se puede bajar pinchando en el logo de PDF que aparece en el enlace que he puesto).

Por ejemplo, en un párrafo dice: "Aplicaciones: Voltímetro, termómetro, Phmetro, dBmetro, Vatímetro, capacímetro, luxómetro, LCRmetro, otras aplicaciones industriales y domésticas" Vale. Maravilloso. Pero ni una palabra de como se consigue hacerlo funcionar en ninguna de esas formas.

Se supone que es un aparato para gente que ya lo sabe usar, pero bueno, no estaría de más que diesen algunas indicaciones.

En el apartado Funcionamiento se explaya con la frase siguiente:

Si fuera necesario, añada los potenciómetros (no incl.) y un puente para el punto decimal:

(RA y RB son resistencias con capa de metal 1/2 W 0.5%)

Ante esta frase el desconcierto es total: ¿ Que tengo que añadir unos potenciometros? ¿cuales? ¿cuantos? ¿donde? ¿para qué? ¿porqué no están incluidos?

Y ¿a que resistencias Ra y Rb se refiere?

Para terminar de aclararlo incluye este cuadro:

¿Cómo que desconecte el potenciómetro de RB? ¿no habíamos dicho que no está incluído? ¡Yo no veo ningún potenciómetro!
Como se puede comprobar ni una sola imagen para dar luz en todo este maremagnun.

¡De locos!

Afortunadamente se me ocurrió mirar la explicación en inglés, y..... ¡Se hizo la luz!

Como se puede ver, en la versión inglesa no existe nada parecido a potenciómetros! Donde en español dice "Desconecte el potenciómetro" en ingles dice "Disconnect wire jumper" o sea "desconecte el puente", etc.

Tampoco es que sea maravillosa la explicación, sigue faltando alguna figura, pero al menos se entiende.

En definitiva: bronca para los señores de Welleman. La traducción al español es no solo confusa sino contraproducente. Lo malo es que está escrita en correcto español, así que se la ha hecho un traductor competente, pero que no tenía ni idea de lo que estaba traduciendo.

Bueno, al final, y para ayudar a los que puedan encontrarse con este problema en el futuro, el asunto es que estos "instrumentos digitales de panel" no son más que un voltímetro digital con un rango de lectura de 0 a 200 mV. Así que cualquier cosa que queramos medir con ellos hay que convertirla a una tensión en ese rango.

Para mi caso, que lo que quería era un amperímetro, la forma de hacerlo está en todos los libros clásicos de electricidad: se trata de hacer un "shunt". Es decir hacer pasar la corriente que queremos medir a través de una resistencia, y medir la caída de tensión que se produce en la resistencia.

Pero claro, si hacemos circular toda la intensidad a medir por una resistencia, esto hará que la resistencia se caliente, que la tensión se reduzca por la caída de tensión en la resistencia, etc. La solución a esto es un resistencia de un valor muy bajo. Tan bajo como un ohmio. Como curiosidad, los anillos de color de una resistencia de un ohmio son marrón negro oro y oro. El tercer anillo de color oro significa un factor de 0,1, que aplicado al valor de los dos primeros uno y cero, da un total de 10 x 0,1 =1

Bueno, pues está claro que esa resistencia produce una caída de tensión de un voltio por cada amperio, de manera que poniéndola en la alimentación de mi circuito, si lo ajusto para que la tensión de salida sean 10 voltios, si circula un amperio habrá una caída de tensión de 1 voltio por lo que al generador de pulsos le llegan 9 Voltios. Como normalmente circulan 100 o 200 Miliamperios, la caída de tensión es de 100 o 200 miliamperios que es lo que lee el "Instrumento digital de panel"

Esto me plantea un problema, porque yo quiero que a fondo de escala mi amperímetro marque 2 amperios que correspondería a estar funcionando a tope, algo así como con ocho locomotoras. Pero si vemos el cuadro proporcionado por Welleman vemos que da la opción de 200 mV a fondo de escala y de ahí pasa a 20 V a fondo de escala. ¡Rayos! y la opción de 2 V a fondo de escala ¿no es posible? Naturalmente que si, pero me ha tocado calcularme yo los valores de las famosas resistencias Ra y Rb. Tal como era previsible los valores son Ra=9 MΩ y RB=1 MΩ. Pero ¿Porqué no incluyen esta opción en su cuadro?

Bueno, pues con todo eso, ya funciona más o menos bien, aunque hay que tener en cuenta que por encima de 500 mA la caída de tensión en el shunt se debe apreciar en forma de caída de velocidad de los trenes.

Pero no acaban ahí mis problemas. De acuerdo con el folleto, el medidor digital necesita una alimentación de 9 V que según dice por algún sitio debe ser independiente de la tensión a medir. Pensé que quería decir que las variaciones de la tensión a medir no debían influir en la alimentación, así que hice una sección de alimentación para el medidor con un segundo estabilizador esta vez fijo a 9 V. Pero no: completamente independiente quiere decir completamente independiente o sea que aunque se trata en realidad de dos fuentes independientes al tener ambas la alimentación externa en continua con el mismo adaptador de red, la masa resulta común.... y no vale!

Bueno, ya en plan chapuza decidí alimentarlo con una pila de 9 voltios, pero claro tenía que conseguir que se encendiera y se apagara al encender y apagar la fuente principal, así que.....¿dónde tenía yo un relé?.... ¡claro un relé monoestable!... Pues si, tenía unos pocos relés monoestables, pero ¡De cinco voltios! no de 9 que es lo que me daba fuente prevista para el instrumento. Ah, Pero lo que si tengo por ahí es un estabilizador de tensión de 5 voltios..... ¡Bueno; Funciona!

Es una pena toda esta chapuza para hacer funcionar el amperímetro, porque en realidad me había esmerado para hacer este controlador con un cuidado estético importante. Prácticamente electrónica de diseño, pero al final el resultado no corresponde a ese cuidado.

Lo que si me han quedado muy bien son las placas de circuito impreso serigrafiadas. Ya comenté el año pasado (Un error afortunado) como es posible crear una imagen transferible con la serígrafía de componentes utilizando el papel para calcomanías que se vende para modelismo.

La imagen siguiente muestra el buen aspecto de estas placas con su serigrafía realizada por este procedimiento.

Es un poco pesado, porque  este papel especial no absorbe la tinta de impresora, así que hay que esperar venticuatro horas hasta que la tinta se seque, pero si no hay prisa el resultado merece la pena. Una cosa curiosa es que la tinta azul se comporta muy bien, pero la tinta verde no, de manera que si hacemos el fondo verde, al final se obtiene una especie de color kaki. Así que he decidido "arduinizarme" y hacer mis placas con fondo azul. He comprobado que una vez todo terminado y perfectamente seco, la adherencia de la capa impresa a la placa es perfecta, de modo que no se levanta ni siquiera al apretar tuercas de radiadores o separadores contra ella.

Una vez colocados los componentes, las placas quedan con un aspecto profesional impresionante. En esta imagen vemos las dos placas generadoras de corriente pulsada que he utilizado en este controlador dual.

No es más que decoración, pero da una imagen muy profesional. Lo podemos comparar con la imagen del mismo circuito del controlador que hice inicialmente y que vemos a la izquierda.

Es el mismo circuito, pero la estética gana mucho.

Como ha quedado claro, este nuevo controlador, aunque funciona perfectamente no ha sido precisamente un éxito de diseño, así que no lo voy a poner en la página de descargas. Si alguien quiere hacerse un controlador dual, no tiene más que utilizar los circuitos realizados para el primer diseño, poniendo dos circuitos de generación de pulsos en lugar de uno. La fuente de alimentación vale perfectamente para un controlador dual.

Y antes de que alguien me lo pregunte, si, en este segundo controlador he puesto la rotulación en inglés. La razón es la falta de espacio, ya que al ser doble y llevar además el amperímetro, queda poco espacio para las rotulaciones, por lo que convenía que estas fuesen muy concisas.

Por ejemplo el conmutador del primer controlador llevaba las indicaciones "Adelante" "Paro" y "Atrás". Estas palabras son largas pero si las abreviamos quedan ilegibles. En cambio todo el mundo reconoce al menos la "R" como indicativo de marcha atrás (En las palancas de cambio de los coches una "R" indica la marcha atrás") También la "N" como inicial de neutro se emplea mucho para "punto muerto" o similar. Así que decidí que las iniciales F (forward) N(neutral) y R(reverse) son muy reconocibles en cualquier panel de mando. Lo mismo, la palabra "ON" es muy concisa para indicar que algo se ha puesto en marcha y hasta "OVLD" es una abreviatura conocida de Overload. También he suprimido, por falta de espacio el dial numerado de la primera versión, sustituyéndolo por los dibujos en forma de "ceja" que también se usan para indicar algo que aumenta o disminuye con el giro del mando. En definitiva, como decía antes, es una cuestión de diseño.

Quincalla electrónica

Quincalla: Conjunto de objetos de metal, generalmente de escaso valor.
 Del diccionariuo de la RAE

Bueno, precisamente de escaso valor... pero realmente siempre me asombra cómo es posible que uno de estos circuitos integrados, como los de la fotografía de cabecera, tenga un precio de alrededor de un euro, y en muchos todavía menos, teniendo en cuenta la increíble tecnología que es necesaria para su diseño y fabricación. Y otra cosa me asombra todavía más: ¿como es posible que a menos de media hora de mi casa tenga una tienda, donde me puedan vender sin problemas "un 74HC154, dos 74HC4514, cuatro ULN28003 y dos diodos Zenner de 15 Voltios, 1 Watio" y tengan existencias de todos ellos y de miles de elementos tanto o más extraños. ¿Tanta gente hay que se dedica a hacer chapuzas electrónicas caseras? ¿Y qué demonios es lo que hacen?

En todo caso, una vez superado del asombro que siempre me produce la facilidad con que se pueden comprar estos componentes, resulta que he comprado, en efecto, material para hacer dos módulos del demultiplexor, por lo tanto he comprado dos 74HC4514 y cuatro matrices de transistores ULN2803
y también el material para el módulo que decodifica los bytes altos. La tienda me ha resuelto la duda entre los dos posibles microchips, ya que solo tenían el 74HC154. Este material, incluyendo los dos diodos que llevará como protección, se ven claramente en la fotografía de cabecera.

¿Y eso es todo?, Pues no. Como comentaba el otro día, hay una serie de elementos adicionales, que no tienen ninguna función electrónica, pero que condicionan el diseño de todas las placas, ý que hacen que el resultado final sea práctico y no una maraña de elementos medio sueltos.

Me refiero a elementos como zócalos y conectores. Lo malo de estos elementos, es que hay muchos tipos y formas distintas, y es difícil decidirse por una "línea" Yo hasta ahora he empleado en los elementos electrónicos que he realizado para esta maqueta, tres sistemas: El llamado de "tira de pines" el método del cable plano, y el método de las clemas o bornas con tornillos. Ninguno de los tres sistemas me convence plenamente. Las tiras de pines son demasiado frágiles y no hay nada que impida enchufarlas al revés. Además requieren un trabajo artesano para que queden bien, como soldar al aire y colocar un termoretráctil en cada pin, y además hay que cortarlas al tamaño deseado con la Dremmel. En la fotografía de la izquierda se ven varias conexiones hechas con tiras de pines

Otra alternativa que también he usado, sobre todo cuando hay que conectar un número elevado de cables, es el cable plano. Este sistema tiene la ventaja de que es muy compacto, y se hace un conector con un montón de hilos en un momento, sin necesidad de soldar y ni siquiera de pelar los cables.

Sin embargo yo le veo dos inconvenientes: sus conectores son de doble fila de contactos, y están endemoniadamente juntos, de modo que el diseño de las placas de circuito impreso de complica mucho, al no poder pasar pistas de conexión entre los puntos de contacto. El otro inconveniente es que, al menos para mi cabeza, resulta siempre muy confuso saber a que pin va cada cable, y por menos de nada se hace un cable que cruza los hilos entre los dos enchufes terminales.

El tercer sistema es el de las clemas o bornas de tornillos. Es un sistema claro y robusto, pero quizá ocupa demasiado espacio, ya que de un contacto a otro hay 5 mm. Por otra parte poner bien los cablecillos requiere cuidado para que queden bien aprisionados por el tornillo, sin que queden fibras de cable sueltas que pueden hacer cortocircuitos. Yo normalmente sueldo los cablecillos, lo cual es un trabajo adicional. Y por supuesto para soltar o conectar los cables hay que aflojar o soltar un tornillo para cada cable, y si los soltamos, los cables se desordenan y hay que identificarlos nuevamente para volver a conectarlos. En la fotografía de la derecha vemos conectores de cable plano y conectores de clemas. Está claro que las clemas son apropiadas para cables más gruesos que los conectores de cable plano.

Por eso el otro día decía que, si de un módulo del demultiplexor salen cables hacia los desvíos, parece apropiado utilizar clemas, pero si hay que conectar una placa de relés, parece más apropiado utilizar cable plano, ya que estamos conectando una placa con otra placa contigua.

De hecho en la placa que he comprado a MicroPic, todos los conectores son para cable plano, así que ahí me veo forzado a utilizar cable plano, y por lo tanto usar a ese tipo de conexión en las placas del demultiplexor que reciban estas conexiones.

Pero como ya he dicho, el cable plano me resulta antipático, y las clemas demasiado voluminosas, así que aprovechando mi viaje a la tienda de electrónica he investigado algún otro tipo de conexión. Como resultado, de ésta investigación he traído unos conectores que me dicen que son conocidos como conectores Molex.

En realidad son un poco más que una tira de pines, y de hecho tienen el mismo paso que éstas (2,54 mm), pero tienen un sistema que evita conectarlas al revés y además al enchufarlas hay un cierre de click que asegura la unión.

Se fabrican con cualquier numero de contactos entre 2 y 20 en una sola fila, así que para probar he comprado unos cuantos de 10 contactos y también unos pocos de 4. Por otra parte las carcasas mantienen los hilos ordenados y separados sin posibilidad de cortocircuitos y no son necesarios los termoretráctiles. Son los conectores de color marfil, machos y hembras que se ven en la fotografía anterior. (los de color gris, claro y oscuro, son conectores de cable plano que he comprado para la conectar la placa de MicroPic.)

Cambio de ciclo

Seguramente los seguidores de este blog se preguntarán, porqué está interrumpida la publicación de nuevos artículos desde el pasado mes de Mayo. De hecho he recibido unos cuantos correos, en los que parece que se detecta una inquietud, pensando que quizás tenga algún problema de salud, en mi persona o en algún familiar.

Agradezco este interés, pero afortunadamente no hay ningún motivo desagradable para este cese de actividades en mi afición trenera.

Lo que más ha alarmado a muchos compañeros es que durante todo este tiempo la tienda on-line ha permanecido cerrada, con un aviso que decía que se esperaba la reapertura en Octubre. También he recibido bastante correos de compañeros que deseaban hacer alguna compra y me preguntaban por la previsión sobre cuando esperaba reanudar las ventas. A todos los que me han preguntado les he respondido que esperaba la reapertura en poco tiempo, pero ese tiempo se ha ido alargando sin ninguna fecha concreta.

Así que, es inevitable dar una explicación sobre lo que sucede:

En primer lugar los seguidores de este blog, y los compradores habituales de la tienda, saben que todos los años me tomo unas largas vacaciones, si es que podemos llamar así a lo que hace un jubilado, cuando se traslada a un lugar distinto del habitual, durante los meses de verano. Lo cierto es que yo lo hago todos los años, con el agravante de que el lugar al que me traslado tiene muy mala cobertura de Internet, con lo cual me resulta muy difícil, no solamente mantener en activo los comentarios en este blog, sino incluso recibir o contestar los correos electrónicos. De hecho solo cuento con una conexión muy lenta a internet sin wifi y a través de mi teléfono móvil.  Por supuesto, al estar fuera de mi domicilio habitual , estoy alejado de mi taller de electrónica, así que la producción de elementos para la tienda queda interrumpida.

Esta situación se ha dado todos los últimos años, pero lo que está ocurriendo es que esta casa de verano está siendo acondicionada cada vez más, para permitir habitarla más tiempo, con lo cual este periodo fuera de mi casa habitual cada vez empieza antes y termina después. No tendría nada de particular que acabase por ser mi vivienda permanente.

Entonces, lo que ocurre es que cada año, cuando vuelvo a Madrid y reabro la tienda, recibo de golpe un montón de pedidos, de todos los que estaban a la espera de poder comprar algo. Esto supone una punta de trabajo que ya he comentado en años anteriores (Aqui sigo) (Vuelta a casa) pero que este año, con una fecha más tardía y con la cantidad de correos que he recibido, amenazaba con convertirse en una avalancha de peticiones.

Supongo que el que lea esto, pensará que debo estar muy contento de esperar recibir tantos pedidos, porque eso sería lo que ocurriría con cualquier negocio que espera recibir una importante punta de trabajo.

Bueno, pues en mi caso no es así: En primer lugar recuerdo que en la propia portada de la tienda se explica que no se trata de un negocio, y de hecho, económicamente la rentabilidad es ínfima, ya que solo trato de cubrir gastos sin pillarme los dedos.

Así que si recibo muchos pedidos eso me obliga a ponerme a trabajar de forma intensiva en mi taller y dedicar todo el tiempo disponible a esta labor de construir los elementos de la tienda. No solo construirlos sino hacer los pedidos de componentes, montarlos, probarlos, empaquetarlos, llevarlos a Correos...etc

Así que lo que inicialmente era un hobby que me entretenía algunos ratos aislados sin apremios de tiempo, ha llegado a un punto que me da miedo abrir la tienda porque si pretendo atender todos los pedidos, me bloquea todo el tiempo disponible, con lo cual no me puedo dedicar a mi verdadera afición, que son los trenes, no la electrónica. De hecho en todo el pasado año apenas he podido avanzar nada en la maqueta, porque casi todo el tiempo disponible lo empleaba en atender pedidos.

Es evidente que si he empleado la frase me da miedo, aunque sea en sentido figurado, algo que era un hobby y como tal una actividad placentera, se ha convertido en algo si no desagradable, al menos perturbador.

Me he dado cuenta que desde que he regresado de mis vacaciones, hace ya algo más de una semana, estoy remoloneando para no reabrir la tienda, hasta que he llegado a la conclusión de que si eso me produce fastidio, he convertido un hobby en una carga, lo cual no tiene sentido alguno.

Así que, señores, no voy a volver a abrir la tienda.

Soy consciente de que puedo "dejar colgado" a algún compañero de afición que haya confiado en mis productos y está a medias de montar una maqueta basándose en ellos. Para el caso de aquellas personas que ya hayan comprado algún producto y necesiten alguno más, estoy dispuesto a atender sus peticiones (por correo electrónico a latiendadeifuval@gmail.com )ya que la tienda no se va a abrir).

También, dado que tengo un cierto stock de placas y componentes, voy a ofrecer la posibilidad, mientras tenga existencias, de adquirir los productos de la tienda en forma de kit, es decir las placas de circuito impreso y los componentes sueltos para ser montados por el comprador acompañados de esquemas de diseño y montaje. Al ser estas placas y componentes los mismos que yo he venido usando, está garantizado su correcto diseño, pero naturalmente el resultado del montaje por parte del comprador no se garantiza.  Estos kits se podrán encargar, también por correo electrónico y su precio será la mitad que el que tenía el circuito ya montado que se ofrecía en la tienda.

Y, una cosa más: No se si habrá alguien que esté dispuesto a "tomar el relevo" Es decir alguien que quiera hacerse cargo de seguir fabricando estos productos, bien en plan artesanal o industrial, para comercializarlos. Si fuese el caso yo estaría dispuesto a pactar la entrega todos mis diseños (incluyendo esquemas electrónicos, listas de materiales, archivos Gerber para fabricar los circuitos impresos, etc etc). En una palabra todo lo necesario para ser fabricados artesanalmente o de forma industrial.

Historial (II)

Nos habíamos quedado en que  había conseguido un sistema para controlar el movimiento de los trenes (trenes analógicos!) mediante un programa de ordenador. Esto me animaba a utilizar el control por ordenador para el manejo de toda la maqueta, pero claro, eso implica muchas más cosas que controlar la marcha de los trenes: Empezando por los desvíos, continuando por las señales, desenganchadores, e incluso cosas como las rotondas, y por supuesto la activación o desactivación de tramos de vía, puesto que al tratarse de tremes analógicos, la forma de que queden estacionados es cortar la alimentación del tramo de vía en el que están.

Esto era un reto distinto al del sistema de tracción, puesto que a diferencia del control de velocidad de una locomotora que podemos querer que vaya más menos rápida, aquí se trata de órdenes simples (Si o No) pero el problema ahora es la gran cantidad de elementos a controlar. En una gran maqueta puede haber como mucho seis o siete trenes circulando, pero es fácil que haya cuarenta o cincuenta desvíos, otros tantos tramos aislados, bastantes señales etc. etc. Nos pongamos como nos pongamos, a cada desvío tienen que acabar llegando un par de cables (aparte del cable común) y lo mismo pasa con los otros accesorios, así que tiene que haber cientos de cables que lleguen a estos elementos y que activan en cada momento obedeciendo a una orden del ordenador que la emite por un único cable, la salida de USB.

Así que  me pareció un camino más fácil empezar por hacer un programa para el control de todos estos accesosios lo que implicaba el propio desarrollo del programa más el desarrollo y construcción del hardware correspondiente. Después de muchas pruebas conseguí hacer funcionar una primera versión del programa, bautizado como "ControlZ" y lo vemos funcionando en pruebas en el video que encabeza este artículo, grabado en 2010. En ese video se puede ver, como, mediante el manejo del programa, a través del ratón del ordenador, se pueden manejar todos los elementos de control de la maqueta. Vemos el manejo de un desvío, y después el de una señal que cambia de aspecto respondiendo al cada click del ratón, y asimismo se aprecia que la imagen en la pantalla del elemento sobre el que se actúa cambia también para indicar el estado de ese elemento. Vemos también la forma de actuar sobre los desenganchadores y también sobre los tramos aislados, que cambian de color al hacer click en ellos, indicando si están o no activos.

Por último vemos el control de un puente de rotonda, que permite seleccionar previamente la posición a la que queremos que se mueva, y después, al hacer click, el puente comienza a girar hasta la situación pedida, acompañada por el giro de la imagen en pantalla.

Como decía, el programa genera una salida por USB, compuesta por un palabra de 8 bits cada vez que se activa un control en la pantalla. El circuito decodificador convierte esa palabra de 8 bits, en un impulso de tensión que sale por una de las 256 vias posibles un función del valor de la palabra recibida, de manera que el impulso llega al aparato conectado a la vía, y lo hace funcionar, moviendo el desvío, o lo que sea. Está claro que un elemento que tiene que tener la posibilidad de conectarse a 256 cables, no puede ser pequeño, y en efecto, la imagen siguiente nos confirma que no lo es. El conjunto de cables que sale por la derecha son parte de los posibles 256 cables para activar desvíos, señales etc. Los cables que salen por la izquierda van a las otras placas que llevan relés para conectar u aislar tramos de vía.

Decodificador de ControlZ

Un tema importante es que el programa ControlZ es universal, es decir, se puede dibujar en la pantalla cualquier trazado de maqueta, definiendo todos sus elementos y asignándoles a cada uno la dirección entre 001 y 256 que lo activará.

El video siguiente muestra un video en 2012 donde vemos al programa ControlZ utilizado para manejar la maqueta III, En varios momentos se puede ver la pantalla del programa, y cómo vamos manejando los distintos elementos para hacer que los trenes se muevan por todas partes. 

En algún momento vemos la mesa de control de la maqueta, que presenta un pequeño ordenador con el programa y el ratón y a su lado un controlador PWM09VD que maneja el movimiento de los trenes. Este fué uno de los primeros controladores PWM manuales que diseñé como aparato independiente con el objeto de manejar trenes en una maqueta analógica (Vease: Electrónica de diseño) y aquí empezó otra guerra: Muchos compañeros que lo vieron, me pidieron que les hiciera uno igual, y acabé por dedicar todo mi tiempo disponible a diseñar y construir controladores.

Pero en la época de ese video (2012) aún no había empezado con ese tema. Me limité a perfeccionar ControlZ para usarlo en la misma función que se haría con un cuadro de control analógico, lo que se llama un TCO, sin intervenir en el movimiento de los trenes nada más que con la activación y desactivación manual de tramos de parada

El siguiente paso, era incorporar al programa ControlZ la posibilidad de controlar el movimiento de los trenes, pero claro, aquí hay un grave problema: Como los trenes son analógicos la única orden que pueden recibir es la tensión que está en la vía. Si esta tensión es una PWM la locomotora se moverá a la velocidad correspondiente a la anchura de pulso de esa corriente en la vía y con el sentido dado por la polaridad de esa misma corriente. Si queremos que en la maqueta pueda haber a la vez varias locomotoras moviéndose de forma independiente, no hay más solución que seccionar la vía en sectores independientes de manera que garanticemos que en cada sector hay como mucho una locomotora, y llevar a cada sector la señal PWM que queramos utilizar para mover esa locomotora.

Entonces podemos hacer un programa que sabe en qué sector está cada locomotora y envía a cada sector la señal PWM correspondiente, y va cambiando automáticamente de sector según la locomotora cambia de uno a otro. Para hacer este seguimiento en la vía se han colocado balizas (sensores Hall) que detectan el paso de las locomotoras

Esto naturalmente es complejo, pero puede hacerse y después del correspondiente trabajo, en 2013 lo tenía funcionando. La forma de hacerlo es crear lo que se llama un "Progressive Cab Control" que responde al esquema siguiente: 

Progressive Cab Control - Esquema teórico

En el esquema se han representado cinco tramos de vía, A, B,C,D y E y cuatro controladores 1,2,3,y 4. Cada controlador se puede conectar a cada uno de los tramos de modo que cada tramo puede recibir alimentación de cualquiera de los controladores poniendo los conmutadores representados en la posición adecuada. Si suponemos una locomotora situada en el tramo A y que va a pasar al B habrá que comprobar que en el tramo B no hay ninguna locomotora, (como en el caso de un bloqueo automático) y si esto es así el conmutador conectado al tramo B se ajusta para que éste reciba alimentación del controlador 1. Y así sucesivamente, de modo que esa locomotora siempre recibe alimentación del controlador 1 esté en el tramo que esté. Por supuesto en otros tramos podrá haber otras locomotoras conectadas a otros controladores.

El truco es que los conmutadores no son mecánicos, sino electrónicos y son manejados por el programa de control.

En el video siguiente se pueden ver trenes funcionando en la Maqueta III con el sistema ya modificado para que el programa controlase el movimiento de los trenes. En la imagen vemos que el pequeño ordenador inicial ha sido substituido por otro que tiene una pantalla mucho más grande. La imagen del circuito ha pasado a fondo negro, y se superponen varias ventanas o "cabinas" que controlan, cada una, una locomotora. En alguna vista cercana de esas "cabinas" se puede ver, en la parte superior en què tramo está en ese momento cada locomotora. En el trazado hay 8 tramos nombrados T1 T2,...T8 y se ilumina el tramo en el que está en ese momento cada locomotora y también el siguiente, si la locomotora va a pasar a él

Además el circuito también presenta más información, ya que por ejemplo se visualizan con líneas punteadas los tramos que están ocupados por un tren, y se marca el paso de cada tren por las balizas.

El video alterna imágenes generales de la maqueta con tomas cercanas de la pantalla, mientras están funcionando varios trenes. Se observa que los trenes paran ante las señales rojas, que indican si el cantón siguiente está ocupado y arrancan cuando las señales pasan verde, haciendo paradas y arrancadas progresivas y circulando cada tren a una velocidad realista que además depende de las características de cada locomotora. Se observa que cada tren circula independientemente aunque todos los trenes son controlados desde el programa.

Se alternan algunas imágenes tomadas durante la construcción y pruebas de los circuitos electrónicos que se usan en el control. Destaca la torre formada por los ocho circuitos generadores de señales PWM (los controladores 1, 2,...del esquema anterior)  ya que el sistema estaba previsto para que pudiesen circular hasta siete trenes simultáneamente.

Como lo que vemos son pruebas del programa, en algunos casos vemos superpuesta una ventana en la que van apareciendo una serie de mensajes que indican lo que el programa hace en cada momento, en una función que podíamos asimilar a una caja negra. En condiciones normales de funcionamiento, no estaría esta ventana.

Aparte de la posibilidad de manejar cualquier tren o cualquier otro elemento de forma interactiva con el programa de ordenador interactuando con el ratón en la pantalla, se previó también la posibilidad de tomar el mando de un tren de forma totalmente manual, con un mando portátil. Al final del video vemos cómo ese mando se puede asignar a cualquier locomotora, y cómo al hacerlo ésta pasa a ser manejada por el mando portátil.

Y en esta situación, ocurrió lo que ya he comentado: me metí en un desarrollo de controladores para trenes basados en explotar al máximo las posibilidades de los generadores de PWM y no tardé en convencerme de que el resultado que se obtenía con ellos era mucho más perfecto que el que tenía con mi programa de ordenador. Llegué a la conclusión de que había cometido el error de confiar en los generadores de PWM que venían incorporados en las placas comerciales (de Velleman) de comunicaciones que servían para enlazar el ordenador con el resto del circuito y que cambiar eso era prácticamente volver a partir de cero.  Si no hubiera sido por el desarrollo de mis propios controladores PWM seguramente hubiera estado satisfecho con lo que me daba el sistema basado en las placas Velleman, pues funcionaban bastante bien, como ya se ha visto en el video anterior. Pero era absurdo estar haciendo comtroladores PWM mucho mejores para otros y conformarme para mi maqueta con una solución peor.

A esto se unió la dificultad con el programa, cuya complejidad hacía muy difícil de mantenerlo activo ante los sucesivos caprichos de Microsoft que se sucedían en esa época. En el artículo ¡Sublime decisión! expliqué en Noviembre de 2014 mi decisión de abandonar el sistema de control por ordenador.

Por cierto, que ese artículo reconocía que si utilizaba mis controladores, iba a perder la posibilidad de paradas y arrancadas progresivas. Esta carencia me impulsó a trabajar intensamente en el campo de los controladores PWM con simulación de inercia, que ya había tanteado como se ve en el propio artículo reseñado.

Asi que sin pensarlo más, arranqué el ordenador de su espacio debajo de la maqueta y construí inmediatamente un cuadro analógico para sustituirlo

Ojo, que ese cuadro de la imagen es un cajón vacío. faltaba poner en él todos los elementos de mando y control (conmutadores y leds sobre todo) y lo más importante, disponer en el interior los dispositivos electrónicos que actuasen sobre los elementos de la maqueta, dispositivos que incluso en algún caso tendría que diseñar.

 Y en esas cayó otra bomba sobre mi proyecto: ¡Me tenía que mudar de casa!. 

Lo malo fue que la nueva casa era más pequeña y la única habitación donde podría acomodar una maqueta, tendría que ser compartida con mi hijo. Esto obligaba a una maqueta más pequeña y además que pudiera desaparecer de la vista mientas no trabajase en ella.

No quedó otro remedio que desmontar la maqueta III, recoger y guardar todo el material y parar el proyecto 

Bueno, como yo siempre digo, esta afición es un hobby así que una pasado el tema de la mudanza y sus problemas, me puse a diseñar una nueva maqueta, ciñéndome al espacio del que podía disponer (280 x 85 cm), y teniendo en cuenta que la habitación donde iba a ir era un dormitorio, asi que había que hacer un invento para retirarla de la vista, cuando conviniese.

El diseño del trazado quedó completado en Octubre de 2015 y es el que recoge la imagen anterior.

Luego vino el hacer el mecanismo para elevar y descender la maqueta, que debía quedar por encima de una cama. El video siguiente muestra ese mecanismo, para el que se usó el sistema para las persianas motorizadas. 

Y luego empezó un largo periodo de construcción que todavía continúa. Se ha retrasado mucho, por una serie de circunstancias, entre ellas mi dedicación al diseño y construcción de controladores PWM que han acabado siendo comercializados por un compañero de afición.

En realidad ese tiempo de desarrollo dedicado a controladores tenía un fin secreto: perfeccionar el tipo de controlador que quería usar en esta nueva maqueta. Al final llegué a lo que quería: un controlador con simulación de inercia y con funciones controladas por sensores en las vías, pero esto me costó varios intentos hasta que lo conseguí  en abril de 2018 con el controlador PWM75VO

Este controlador, en número de cuatro, pasó a formar parte del cuadro de mandos de la nueva maqueta, y a partir de ahí, ya me he dedicado más activamente a la construcción de la misma, con algunos inconvenientes, pandemia incluída.

Cuadro de mando de la maqueta IV con cuatro controladores PWM75 y un PWM71

Curiosamente, incluso he diseñado después otro controlador más, el PWM76, que también se ha comercializado, pero sus prestaciones adicionales no me resultaban interesantes, asi que me quedé con el PWM75 complementado con velocímetros

Y en esas estamos, comenzando 2022 y esperando a disponer de una terraza acristalada donde voy a trasladar la actual maqueta para seguir trabajando en ella.

Y.D.I.Y?

Hoy voy a referirme a un artículo publicado en un foro americano dedicado a la afición de los trenes en miniatura El foro se llama "model-railroad-hobbyist" y el artículo lleva el nombre de "Y.D.I.Y?" que es de donde he tomado el título de este articulo. Como la sigla "DIY" se usa frecuentemente en inglés para referirse a los elementos fabricados artesanalmente, supongo que ese titulo debe corresponder  a "You Do It Yoursef ? " o sea algo así como "lo haces tu mismo?"

El artículo está en inglés y puede encontrarse en versión original en este enlace http://model-railroad-hobbyist.com/node/28501 aunque al tratarse de un blog es posible que con el tiempo se vaya resituando.  El nick del autor es Pelsea

Voy a poner a continuación una traducción al español, hecha por mi, así que espero no cometer demasiados errores:

Recientemente vi un post en uno de los otros hilos sobre  Arduino que planteaba la pregunta "¿Por qué dedicar tiempo a aprender Arduino y electrónica cuando hay un montón de productos comerciales, tanto en kit como listos para funcionar que hacen más o menos las mismas cosas? He reflexionado sobre esto anteriormente, y estoy de acuerdo con casi todas las razones que otros mencionan sobre el coste, sobre el desafío intelectual que supone, y sobre las ventajas de  mantener el cerebro activo. Pero se me ocurrió que la razón principal para mí es la elegancia.

La elegancia en la electrónica es difícil de definir. (Es una de esas cosas que los ingenieros conocen pero de la que rara vez hablan). Es un circuito que usa tan  pocos componentes como sea posible, pero no menos. Es resolver un problema   por 75 ¢ que cualquiera podría solucionar gastando $ 10.00. Es un software que funciona.

Cuando construyo mi propio circuito, estoy asumiendo la responsabilidad de todo eso. Y lo que es más, estoy construyendo algo para una necesidad  propia bien determinada, y sin los condicionantes de  respetar un precio o una fecha de envío (los flagelos de las compañías de tecnología). Pienso en él con super-detalle. Realizo versiones múltiples del circuito en una protoboard, recorro la web para encontrar otros efoques del problema, incluso leo las hojas de datos de todos los componentes. Cuando lo construyo, estoy constantemente tratando de encontrar el diseño más claro de los componentes, el menor número de cruces de pistas, ¡diablos!, incluso me esfuerzo por ver que los colores de las resistencias son legibles de izquierda a derecha o de arriba a abajo.

Cuando escribo código, sigo el consejo que siempre le di a mis estudiantes sobre incluir comentarios y nombres significativos a las variables, uso paréntesis opcionales para clarificar sentencias complejas, y evitar expresiones del tipo  x = ++ x> 11? X - 12: x. También pruebo mi código con entradas ilegales, lo ejecuto mucho tiempo, y busco a gente que no sabe nada sobre él para que lo prueben por mí. Cada vez que hago un cambio, vuelvo a ejecutar todos los casos de prueba.

Aspiro a ser el mismo tipo de artista que alguien que utiliza acrílicos y óleos, así como pigmentos para el envejecer un vagón, que considera que las palancas de los enganches son un detalle básico, que pasará tres días trabajando en la timonería de debajo de la carrocería. Tengo una caja de placas de circuitos que nunca verán la luz del día porque no llegaron a dar su primer aliento, cada uno representando una semana de trabajo. El circuito para servo anterior (se refiere a otro hilo del blog) es la versión 6 - los primeros 5 eran analógicos. Uno era lo suficientemente bueno para publicarlo en el citado hilo, los otros estaban bien, pero les faltaba algo. Vagones que son decapados para ser repintados como las protoboards que son desmontadas para empezar de nuevo.

Así que no voy intentar repetir que la electrónica y la programación son fáciles - no lo son. Para usarlas se requiere el dominio de algunos conceptos teóricos difíciles y un montón de trabajo minucioso. Claro, que alguien dirá que se pueden copiar esquemas de libros de electónica (y esa es la mejor manera de empezar) y obtener resultados correctos, pero con el tiempo tendrá que lanzarse y diseñar algo que es exclusivamente suyo. Cuando se llega a ese punto, se encuentra una satisfacción nunca antes conocida

Cuando leí ese artículo, tuve la curiosa sensación de que podía haberlo escrito yo mismo. Aparte de un enfoque un poco distinto, porque por lo que parece, este compañero se dedica sobre todo a realizar complementos para Arduino, y lo mío son más bien sistemas de lógica digital, la filosofía que subyace es exactamente la misma: Se trata de hacer por ti mimo algo que puede ya existir (o no) pero que tu quieres que tenga embebido tu propio punto de vista sobre el asunto.

Mucha gente me ha dicho, lo mismo que a este compañero,  que es absurdo dedicarse a diseñar y construir un dispositivo que ya existe comercialmente. Sin embargo como él mismo dice la satisfacción de lograrlo por uno mismo es "nunca conocida". Si encima estás convencido de que tu producto es mejor que lo que se puede encontrar comercialmente, la satisfacción es doble.

Claro que conseguir eso no es fácil, en sus mismas palabras se necesita el dominio de algunos conceptos teóricos difíciles y un montón de trabajo minucioso y por lo tanto mucha dedicación y mucho tiempo. Hace poco anuncié aquí que estaban ya operativos los tres controladores de la serie PWM7x, pero el anuncio de lo que pesaba hacer se hizo aquí mismo hace más de un año (Nuevas Ideas)

Otro ejemplo reciente lo tenemos en el temporizador LGSTIMER que aparece en la cabecera de este artículo. Es algo bastante sencillo, pero quería hacerlo compatible con toda la linea de controladores y drivers que llevo desarrollando, lo cual me ha hecho que tuviese que seguir un proceso como el descrito en el artículo, con búsqueda de documentación de componentes, pruebas en protoboard, tentativas de diseño...etc No en vano, la placa de circuito que vemos en la imagen lleva abajo a la derecha la indicación "Revisión: 4.0" Esto significa que ha habido tres versiones de esa placa anteriores que han acabado en ese cajón lleno de placas de circuito que "no han visto la luz" y que yo también tengo.

Y a pesar de lo que también dice el compañero, muchas veces el coste final de un elemento autoconstruído supera el elemento comercial correspondiente. Puede que si valoramos el producto final no sea así, pero si consideramos todo el material dedicado a pruebas y fallos seguramente ya será superior, y desde luego si valorásemos el tiempo dedicado, el coste sería astronómico.

Supongo que algún lector, pensará que si esto es así es de locos dedicarse a esta actividad. Yo siempre digo que los que opinan así, y son muchos, olvidan que esto es un hobby, y lo valoran como una actividad comercial. Estamos tan acostumbrados a valorar las cosas desde un punto de vista comercial, en el que lo importante es tener el producto deseado lo antes posible, al menor coste y con el mínimo trabajo, que pensamos que hay que aplicar esta norma a todas las actividades de nuestra vida. Afortunadamente no todo es así, y hay quien navega a vela, quien sube a la cima de una montaña, o quién pinta un cuadro de un paisaje en lugar de tomar una fotografía digital.

Como decía, esto es un hobby, y por lo tanto es un error valorarlo con criterios comerciales. En un hobby el objetivo no es el producto final. El objetivo es emplear un tiempo de ocio en una actividad creativa que redunde en una satisfacción personal. Por lo tanto, cuanto más tiempo se emplee, mejor, porque ese es precisamente el objetivo de hobby. Y naturalmente cuanta más satisfacción obtengamos mejor, y de acuerdo con el compañero, no hay mayor satisfacción que ver funcionar algo que es una creación personal, en la que has puesto a prueba toda tu experiencia, tus conocimientos, y un montón de trabajo.

Y para terminar: Hay muchos compañeros de afición que valoran extraordinariamente a esos expertos maquetistas capaces de hacer un diorama absolutamente indistinguible de la realidad, o realizar el envejecido de un vagón hasta que quede perfectamente sucio, o realizar trabajos con latón fotograbado, con Evergreen o con otras técnicas de maquetismo. Sin embargo, como reivindica nuestro compañero americano, el mismo "cariño" trabajo y dedicación requiere el desarrollo de un elemento electrónico, que a veces es recibido con la consabida frase: "pero eso lo puedes comprar hecho"

¡Más difícil todavía!

Esa exclamación, "¡Más difícil todavía!" es un clásico del circo, cuando el jefe de pista, quería anunciar que si lo visto hasta ahora era difícil, lo que venía iba a superarlo.

Viene a cuento, porque en el artículo anterior, he explicado con todo detalle la forma de hacer circuitos impresos a mi estilo, pero como se puede comprobar son circuitos de una sola cara. Ya en la imagen de cabecera del artículo anterior, resaltan unos cuantos "puentes" de alambre, que es la forma fácil de conseguir que se unan puntos que no pueden unirse por el lado del cobre porque interferirían con otras pistas ya existentes en ese lado.

La forma de evitar esto es hacer un circuito de doble cara. De hecho la gran mayoría de los circuitos de tipo industrial son de doble cara (e incluso multicapa), porque en muchos casos es imposible diseñar un circuito de una sola cara sin interferencias de pistas.  Cuando yo empecé con esto de la electrónica, los circuitos eran normalmente de una sola cara, pero esto se debía a que había muchos componentes discretos (resistencias, condensadores, transistores) relativamente grandes y con pocos terminales. Sin embargo, cada vez más utilizamos circuitos integrados que tienen muchos terminales y pequeño tamaño, con lo que no queda espacio para organizar un diseño de pistas sin interferencias.

Como ya he comentado he tenido que repetir el circuito CABCON00 que ya construí y que vimos en el artículo "Ya funciona?" Tal como se ve en las imágenes de aquel artículo, este circuito CABCON00 era un tanto chapucero en cuanto a su diseño, ya que no sólo tiene bastantes puentes, sino que incluso algunos quedan tan juntos que tuve que poner algunos de ellos recubiertos de aislante. Como tenía que repertirlo, me plantee la posibilidad de hacer un doble cara para experimentar con este sistema y concretamente con unos elementos que descubrí en el catálogo del suministrador al que le compro los elementos para PCB.

Me refiero a unos remaches que se utilizan para conectar eléctricamente pistas de la parte superior y de la parte inferior. En plan industrial lo que se hace es un "taladro metalizado", es decir se hacen unos taladros entre una pista de la cara de arriba y otra pista de la cara de abajo, y con un procedimiento químico se deposita una película metálica que cubre la pared del taladro y forma una arandela metalizada en cada una de las pistas, asegurando el contacto eléctrico. Sin embargo este procedimiento no resulta abordable para hacerlo en plan casero. Así que encontré estos remaches, que son exactamente como los ojetes que se ponen en lonas para para pasar cuerdas y tensarlas, pero de un tamaño minúsculo. Concretamente de 1,3 mm de diámetro. También vende una herramienta para remachar estos remaches, que yo pensaba que sería algo parecido a una remachadora de las que se emplean con los remaches normales, de 3 o 4 mm de diámetro, pero que al final resultó algo así como un "clavo gordo" Por el precio que tiene me pareció un timo. Sin embargo, después de practicar un poco conseguí hacer unas cabezas remachadas de muy buen aspecto.

También me di cuenta de otra cosa: Yo siempre empleo placas de circuito impreso de 0,8 mm de espesor. Me parecen muy manejables y son muy fáciles de cortar y taladrar, así que pedí un par de placas de doble cara de 0,8 mm. Sin embargo, me di cuenta de que los remaches están previstos para placas de 1,6 mm que son las habituales, de modo que con las mías, el cuello del remache quedaba demasiado largo y al formar la cabeza sobraba material y se torcía, con lo que quedaba mal. Vuelta a pedir placas de doble cara, ahora de 1,6 mm. (Hay que pagar la novatada)

Superados todos esos inconvenientes, hice el nuevo diseño de la placa CABCON00 contando con doble cara. lo que implica dibujar ambas caras y los taladros para las uniones de cara a cara. Lo que se hace aquí es dibujar en un color, por ejemplo negro la capa de cobre de abajo, y en otro color, por ejemplo rojo, la cara de cobre de arriba. Queda algo así:

Los ojales rojos que se ven en esa imagen son los puntos donde luego se colocará uno de estos remaches. En la capa de cobre inferior hay también un ojal del mismo diámetro y ambos lados quedan eléctricamente unidos por el remache.

Bueno esa es la teoría, pero yo preferí poner una gota de soldadura en cada extremo del remache para asegurar el contacto eléctrico. Es posible que si experimento con circuitos menos comprometidos que este, haga el experimento de fiarme del remachado para asegurar la conexión. Estéticamente quedaría mejor.

Como se puede comprobar, las pistas de la capa de cobre superior cruzan sobre multitud de pistas de la cara inferior, haciendo posible un conexionado que sería imposible de otro modo.

El resultado final de todo este proceso lo vemos en la imagen siguiente:

Como se puede comprobar, si la comparamos con la versión anterior que vimos en Ya funciona? el resultado es mucho más limpio y profesional, a pesar de que esas gotas de estaño sobre cada remache, todavía afean un poco el acabado. En la imagen de cabecera se ve también una bonita vista de cómo queda el circuito terminado.

También puede verse que en comparación con su predecesor, este circuito tiene la parte izquierda igual, mientras la derecha ha cambiado. Curiosamente la parte izquierda es con mucho la más compleja, ya que es donde va toda la parte digital, que funcionaba perfectamente en la versión anterior, mientras que la parte derecha la he tenido que reorganizar, incluyendo un disipador para el controlador de 5 Voltios, y un relé que es mandado desde el DEMU01 y que permite cortar la corriente de tracción.

Bueno, pues para completar los vídeos del artículo anterior, he grabado un nuevo vídeo con el proceso total de construcción de este circuito. Queda claro que, si en los tres vídeos del capítulo anterior estoy presentando un proceso que tengo ya muy conocido y dominado, en este caso es prácticamente la primera experiencia, por lo que algunas cosas seguramente las iré cambiando.

Hay una cosa curiosa con respecto a los circuitos de doble cara: Evidentemente hay que hacer dos fotolitos, uno para cada cara y emplearlos para exponer cada una de las dos caras de la placa. El problema es que ambas caras deben coincidir exactamente, por ejemplo para que los agujeros para los remaches queden perfectamente centrados en los ojales de ambas caras. Existen muchas insoladoras para hacer circuitos de doble cara que permiten exponer las dos placas simultáneamente.

Naturalmente son mucho más caras que las que solo exponen una cara. En mi opinión esto es un poco tonto: no hay porqué exponer las dos caras simultáneamente. Podemos hacerlo sucesivamente siempre y cuando garanticemos que ambas exposiciones estén exactamente alineadas. El exponer las dos caras al  mismo tiempo producirá una placa desalineada si los fotolitos no están alineados. Por el contrario una doble exposición sucesiva producirá una placa alineada si ambos fotolitos están perfectamente alineados en cada exposición. Así que se me ocurrió un sistema para garantizar la alineación exacta de ambos fotolitos entre si y con la placa y conservarla de una exposición a otra. Consiste en hacer una especie de sobre, con los dos fotolitos perfectamente alineados y en medio poner un separador en forma de U donde encaja exactamente la placa. Esto garantiza tanto la alineación de un fotolito con otro como con la placa, y permite hacer dos exposiciones sucesivas sin que se pierda la alineación. En el video se ve la forma de hacer ese "sandwich" con la placa y los dos fotolitos.

Otra novedad que he introducido es el utilizar un sacabocados para hacer los agujeros grandes en la hoja de cacomanía, Hasta ahora, como se ve en los vídeos anteriores, abría estos agujeros al final del proceso, con la punta de un cutter. En este caso, tenía muchos más agujeros que hacer, uno para cada ojal de remache, y además no quedaban vacíos, con lo que no podía cortarlos con cuchilla. Se me ocurrió perforar estos agujeros en la calca antes de pegarla, utilizando un sacabocados. Lo bueno es que estos agujeros precortados son una excelente guía para situar la calcomanía sobre la placa, ya que se pueden alinear con exactitud sobre los agujeros, así que voy a usar este sistema incluso para los de una sola cara.

Bueno, pues aquí va el vídeo:




El que vea el vídeo anterior, se dará cuenta de que la perforación de los agujeros, resulta bastante penosa ya que mantengo el taladro a pulso. Siempre lo he hecho así, pero cada vez me cuesta más trabajo. No se si son los años, o es que cada vez hago circuitos más compactos, pero hay que hacer algo al respecto. Voy a ver si localizo un soporte para la Dremel que me permita hacer esto con mayor comodidad.

Y como comentario final, ¿compensa hacer circuitos de doble cara? En mi opinión, y creo que ya lo he dicho aquí, no compensa. Económicamente, una placa de doble capa es mas cara, y además si resulta que la tengo que usar de 1.6 mm todavía más cara en comparación con las habituales que uso de una cara y 0,8 mm. Además los remaches, aunque baratos tienen su coste, y sobre todo hay que tener un stock, porque se utilizan mucho y no hay sustitución posible. Por supuesto se gastan dos hojas de transparencia y se garta el doble de revelador y de cloruro.

En cuanto a la fabricación, es más delicada, ya que hay que hacer el diseño de las dos caras, el sandwich de fotolitos, perforar los agujeros para los remaches y colocar estos con la famosa remachadora manual.

Así que frente a la opción de hacer los circuitos de una sola cara y colocar los puentes necesarios, no hay ninguna ventaja más que la estética. Pero bueno, tampoco aporta ninguna ventaja distinta de la estética el tema de las calcomanías, y lo estoy utilizando en todos los casos. Debe ser que soy un esteta  :-)

Un brindis

Hoy es uno de esos días en los que hay que brindar con los amigos, y yo lo hago también con los muchos amigos que siguen este blog. Así que.. ¡servíos una cervecita y brindemos por otro hito cumplido en el proyecto de mi maqueta!.

Como saben los seguidores de este blog, recientemente he puesto en funcionamiento el sistema de detección de trenes, y he quedado muy satisfecho del resultado obtenido, en particular del buen funcionamiento de los sensores de efecto Hall, sin embargo, al ir colocando los sensores en la vía he tropezado con una dificultad: En muchos casos el paso de un tren sobre un sensor, implica que el tren debe detenerse, por ejemplo cuando delante del sensor hay una señal en rojo o cuando el sensor está en la vía de una estación visible u oculta, y se desea que el tren se detenga en la estación. En el caso de señales o estaciones visibles, he colocado un sensor previo que inicia una parada progresiva del tren. Ya veré cómo consigo ajustar la curva de frenado para que los trenes se detengan con precisión en el lugar oportuno.

Pero en otros casos, por ejemplo en las estaciones ocultas o en cambios de cantón que no están a la vista he decidido poner un solo sensor, que ordene la parada inmediata del tren. La idea es que la parada sea rápida y precisa para aprovechar al máximo la vía de estacionamiento, y de paso simplificar el software y no poner tantos sensores. Pero claro, ¿qué es una parada inmediata? En las maquetas analógicas dejábamos un tramo sin alimentación y aún así la locomotora penetra unos cuantos centímetros en el tramo aislado debido la inercia. En mi caso, mientras no tenga resuelto el tema del control de tracción, la única manera de parar un tren es que al pasar sobre la baliza, actúe sobre el relé que alimenta el tramo desconectándolo. Eso es lo que he estado haciendo y desde luego funciona, pero he notado que las locomotoras se paran bastantes centímetros después de las balizas Lo inmediato es pensar que tengo que poner antes los sensores, para que la locomotora se pare donde debe.

Pero claro, si hago esto, tengo un peligro: Cuando funcione el sistema electrónico de tracción los trenes no se van a parar por este mecanismo, es decir, porque se queden en un sector sin alimentación, sino porque el control de tracción ordenará una parada inmediata o en su caso diferida. Esto es un mecanismo totalmente distinto, por lo que me puede ocurrir que ahora deje cuidadosamente situados los sensores contando con la parada por apertura de relé, y luego cuando la parada sea por bajar la velocidad a cero, las distancias de parada sean muy distintas.

Puede parecer que la parada por corte de alimentación con un relé sea la más rápida de todas, pero no es exactamente así. A lo mejor algún lector recuerda que hace tiempo expliqué (Véase: ¡Qué complicado!) que para proteger los relés del peligro que podía suponer para ellos la chispa que introducen los limpiavías Gaugemaster, cuando detectan una interrupción en el circuito, tenía un sistema que obligaba a que antes de cortar la alimentación de la tracción se cortaba la alimentación de los limpiavías Gaugemaster. Así que esta operación tiene un cierto retaso derivado de esta acción previa de desconectar los limpiavías. Esto no es necesario cuando el regulador lleva la velocidad a cero, porque en realidad no hay ningún corte en el circuito. Al final, la forma correcta de actuar será que el tren se pare por el control de tracción, ya sea de forma inmediata o progresiva, y si luego el sector donde está el tren debe quedar sin corriente para dejar el tren estacionado, se abrirá el relé, pero ya con el tren parado.

La consecuencia de todo este preámbulo es que no puedo situar correctamente los sensores para las estaciones ocultas mientras no tenga el sistema  de tracción manejado por ordenador.

A lo largo del tiempo que llevo ya con este blog, he hecho muchas alusiones al sistema de control de tracción, y de hecho el año pasado avancé mucho por ese camino, llegando incluso a diseñar y construir una etapa de potencia que sería la encargada de alimentar con corriente de tracción los ocho cantones, pero había un problema previo sin resolver, y que era la forma en que el sistema de control debía ocuparse de asignar a cada cantón el controlador oportuno. Me refiero a la misteriosa caja denominada Conmutador en este esquema, que pertenece al artículo La etapa de potencia. 

Quizá cuando hice ese dibujo no tenía todavía muy claras la ideas sobre cómo debería funcionar ese dispositivo, pero mis ideas quedaron completamente nítidas cuando descubrí que lo que realmente estaba queriendo hacer era lo que los americanos habían hecho toda la vida con sus maquetas analógicas mediante el sistema denominado Cab Control. En el artículo que se llamó precisamente Cab Control (y que por cierto, ha sido de los más leídos de este blog) estaba la siguiente imagen donde ya se dibuja un esquema para conectar varios controladores a varios cantones, sin que la asociación de cada control a cada cantón sea rígida, sino de forma que se permita que un único controlador acompañe al tren según va cambiando de cantón.

La clave de todo, son esos conmutadores que se ven en el dibujo, que permiten que cada cantón se conecte a cualquiera de los controladores existentes. Claro que lo habitual era que esos conmutadores fuesen manuales, lo cual introduce una complicación importante en el manejo de la maqueta, y en la práctica exige que haya una persona controlando cada tren. Como se decía en ese artículo, eso casa muy bien con el estilo americano de entender el manejo de una maqueta de trenes, pero no se ajusta demasiado a los deseos de los aficionados europeos.

Desde luego, en mi caso esos conmutadores no pueden manejarse de forma manual, sino que debe ser el programa de control el que se encargue de esta labor. La idea, como ya he explicado muchas veces, es que el usuario debe tener la impresión de que está manejando un tren con cada controlador, y manejará siempre el mismo tren, esté donde esté el tren dentro del trazado, (es decir lo mismo que con un sistema digital) así que el sistema debe ir conmutando cantones y controladores de forma automática y transparente para el usuario (que es una frase muy informática). Desde luego esto requiere un sistema de sensores por toda la maqueta que detecte el paso de los trenes y sea capaz de saber donde está cada tren en cada momento. Como ya se ha visto, en algún vídeo (Pionero) esto está ya prácticamente conseguido.

Así que esos conmutadores no pueden ser manuales. Por lo que yo sé, los que han hecho antes que yo sistemas de CabControl automátizados han empleado circuitos lógicos que acaban manejando relés. Los relés parecen imprescindibles en este caso puesto que la corriente de tracción de los trenes es de una intensidad relativamente alta, y además los motores producen muchos parásitos que se llevan mal con la electrónica. Además, para cambiar el sentido de movimiento del tren hay que invertir la polaridad de la tensión de la salida, otra cosa complicada de hacer con la electrónica, y no digamos ya si como es mi caso, la corriente de tracción lleva superpuesta la tensión alta y de alta frecuencia de los limpiavías de Gaugemaster. Todas estas consideraciones son justamente las que me han llevado a utilizar relés en la alimentación de los sectores aislados

Sólo había un inconveniente: para manejar seis controladores y ocho cantones necesitaría como mínimo 48 relés. No es que me asuste, porque mi maqueta tiene ya más de cuarenta relés biestables que manejan los sectores aislados, pero, dejando la solución de los relés en la reserva me`pregunté si no habría una solución mas elegante. (y todo hay que decirlo: más barata).

Y si; existe una solución:  Se llama Multiplexor Analógico. Bueno exactamente: " 8-chanel analog multiplexer / demultiplexer"  74HC4051  . ¿Su precio?: ¡  32 centimos !, Pues este chip tiene internamente un conmutador de ocho posiciones, es decir uno de sus pines puede quedar conectado a uno cualquiera de otros ocho pines, como si fuera un conmutador rotatorio de ocho posiciones. Dicho de otro modo sustituye a ocho relés

La forma de decirle qué posición debe adoptar el conmutador es una entrada digital de tres dígitos, que por lo tanto puede recibir un dato binario entre 0 y 7 que ordena la posición que adopta el conmutador en cada momento. Naturalmente lo de posición es una forma de hablar. Se trata de un dispositivo de "estado sólido" en el cual no se mueve nada. La expresión análogico de su nombre hace referencia a que la señal que atraviesa el conmutador puede ser positiva o negativa, fija o variable, y circular del polo único a uno de los ocho o en sentido contrario. Hago la salvedad de que para manejar señales con parte positiva y negativa como puede ser una señal de audio, hay que alimentarlo de una forma especial. Se utilizan precisamente en mesas de mezcla de audio y video para manejar señales analógicas.

Naturalmente, con todo lo que antes comentaba, no se puede soñar con emplear directamente este conmutador con la corriente de tracción. La conmutación tiene que hacerse antes de la etapa de potencia y antes del dispositivo de inversión. Por eso todos estos elementos quedan asociados al cantón, y por lo tato hay ocho de cada, tantos como cantones. Justamente ese era el diseño previsto para la etapa de potencia que construí el año pasado.

Pero surge un problema adicional. He dicho que el multiplexor debe recibir en tres entradas digitales un código binario que indica la puerta que está conectada en cada momento. Pero eso significa que esta señal digital debe mantenerse en la entrada durante todo el tiempo que deseemos que la puerta indicada esté conectada, es decir durante un tiempo indefinido. Este tema introduce una diferencia fundamental con todos los elementos digitales que he diseñado y construido hasta ahora. Todo lo anterior se basa en "impulsos", es decir en la salida de los dispositivos aparece una determinada señal en función de lo que en ese momento envía el ordenador, y dura solo el tiempo que lo mantiene el ordenador. Este es el caso de los desvíos, semáforos, etc. Cuando este impulso debía dejar una situación permanente (hasta nueva orden) se utilizada en todos los casos un relé biestable, que con un impulso pasaba a una posición y con otro impulso pasaba a la situación contraria.

No se puede pensar que el ordenador "reserve" tres salidas para mantener indefinidamente los datos para cada multiplexor. Como voy a tener ocho multiplexores, mecesitaría 24 bits de salida permanentemente condenados para esta función. (o sea tres placas Velleman sólo para ésto). Ya me enfrenté con este problema cuando probé la placa de la etapa de potencia. Utilizaba las ocho salidas de una placa sólo para controlar los relés de inversión de sentido de marcha.

La solución, claro, pasa por los circuitos llamados enclavamientos o latch Un circuito latch recibe un dato durante un tiempo mínimo (un impulso) y lo mantiene en sus pins de salida indefinidamente hasta tanto no reciba la orden de olvidarlo En realidad son la forma más simple de un circuito de memoria. Hablé hace poco de los latch (ver Software de detección) como una posible forma de mantener la dirección de un sensor hasta que el programa la leyera, pero parece que la solución que adopté ha resultado satisfactoria. Ahora sin embargo no había otra alternativa así que he tenido que chaparme el tema de los latches. Necesito un latch de tres vías para cada multiplexor, de forma que el latch reciba el dato como un impulso, y lo mantenga indefinidamente. Por cierto: ya que tengo un latch y que los que se fabrican son de cuatro o de ocho vías, puedo utilizar la vía sobrante de uno de cuatro, para manejar el relé para inversión de sentido.

El problema de todo esto es que todo ello está asociado al multiplexor, de modo que necesito un latch por cada multiplexor y por cada relé de inversión, Al final no queda nada que no se repita ocho veces, salvo la alimentación y la generación de los impulsos PWM. Pero estos impulsos los generan las placas Velleman, y respecto de la alimentación, se me ha ocurrido que no sería ninguna mala idea poner un circuito de estabilización por cantón, para garantizar que el consumo de los trenes en un cantón no influya sobre los trenes que circulan por otro cantón.

La conclusión de todo esto es que no fue una buena idea hacer la etapa de potencia octal que construí el año pasado, por dos razones: Por un lado faltan elementos que deberían ir incorporados en ella porque también son octales como los multiplexores o los latches. Por otro lado hacer placas para ocho cantones precisamente, es un caso muy particular para mi maqueta actual. Es mucho mejor hacer una placa para cada cantón con todo lo necesario para el control del mismo. Así habrá tantas placas como se necesiten y serán cada una de ellas más simple. De esta forma el diseño es mucho más flexible y puede servir en el futuro para otras maquetas.

¿Y todo esto nos lleva a algo? Pues efectivamente: Nos lleva a esto:

Ya se que no es precisamente una belleza, pero lo asombroso de todo este asunto, es que ese monstruo de cables, chips y leds, adosado a la placa Velleman hace exactamente lo que se pretende: Permite conmutar entre seis entradas PWM generadas por las placas Velleman (cada placa tiene dos salidas PWM, así que finalmente voy a usar tres placas Velleman) y ocho salidas para ocho cantones generando para cantón una onda pulsada de 9 V de tensión de pico y ancho variable entre 0 y 100% con una salida admisible de 500 mA por canal, y conmutación entre las señales PWM y las de salida y con inversión de polaridad en las salidas. Todo ello comandado digitalmente desde el programa de control.

Naturalmente he estado dos o tres días montando todo ese circuito paso a paso con gran cuidado, estudiando las hojas de datos de los componentes, y controlando el funcionamiento con el programa, hasta que finalmente he llegado a verlo funcionar satisfactoriamente.

Por eso, cuando lo he conseguido, me he servido esa cerveza que aparece en la foto de portada, ¡Creo que me la he ganado!

En próximos artículos concretaré más el diseño y funcionamiento de este sistema.

PWM (II)

Acababa el artículo anterior exponiendo las dificultades que presenta el regulador de System Jörger y preguntándome si no habrá una solución que solvente esos problemas. Tengo que decir antes de nada que estos problemas aparecen cuando se pretende utilizarlo para situaciones para las que no está diseñado, es decir para grandes maquetas en las que hay más de un circuito, para manejar varias locomotoras a la vez, etc. Como elemento para manejar una pequeña maqueta con una circulación sencilla, el regulador de Jöerger es ideal.

Pero yo me pregunté: ¿no se podría hacer un regulador con mando por PWM, pero sin pretender hacer los automatismos para arranque suave, que cuando se utilizan en más de un circuito resultan perjudiciales, y dotarle de más potencia, de modo que pueda mover cómodamente dos o tres locomotoras?  Y puestos a pensar, me di cuenta de que tenía todos los mimbres, puesto que en el circuito COLA1 tenía el diseño de un generador de pulsos de ancho variable, y en el diseño del Etapa de Potencia, tenía el diseño de una salida con una potencia más que suficiente. Así que como sólo faltaba hacer el cesto, me puse a ello, aprovechando que estaba liado con la realización de circuitos para el manejo de servos.

El diseño electrónico se ha materializado en este circuito:

Es un circuito muy sencillo, derivado del utilizado en COLA1, pero con una diferencia fundamental, ya que el pequeño transistor MPSA13, ha sido sustituído por el TIP110, montado además con un disipador. Esto hace que la corriente de salida pueda alcanzar tranquilamente los 2 Amperios. Naturalmente le he puesto una protección contra sobrecargas que en teoría corta a 1,85 Amperios.

Me plantee también la forma de alimentar este circuito. Podía haber pensado en una fuente de alimentación completa que se conectase a la red, pero he preferido seguir la tendencia actual de utilizar un "adaptador de red" que se conecta en un enchufe, y proporciona ya una corriente de tensión reducida y rectificada. En la tienda de electrónica me vendieron el adaptador que vemos en la imagen capaz de dar 2 Amperios a 12 Voltios.

¿Doce voltios? Si, en efecto parece excesivo toda vez que los trenes de Z no deberían pasar de 9 Voltios. El motivo de esto, es que no me fío de la calidad del adaptador de red, y he preferido complementar el circuito con un filtro y un estabilizador de tensión. El circuito de estabilización es el que vemos a continuación:

Aunque en esta fotografía no se ve, porque está situado debajo del disipador, el corazón de este circuito es un estabilizador L78S09 que también resiste 2 amperios Así que este circuito proporciona una corriente estabilizada de 9 Voltios con un limite de 2 Amperios. No lleva protección, porque el propio L78S09 incorpora sus propias protecciones contra sobrecarga y sobrecalentamiento.

En un principio hice un único circuito incluyendo el controlador y el estabilizador en una única placa, pero al probarlo me di cuenta que los disipadores que había usado resultaban pequeños y tanto el estabilizador como el regulador se calentaban en exceso. Tuve que buscar unos disipadores mucho más grandes, y me decidí entonces a hacer dos placas de circuito separadas. Una de las ventajas de hacer esto, es que puedo hacer por ejemplo un controlador dual con dos reguladores y un solo estabilizador. En teoría un estabilizador no puede alimentar dos reguladores ya que solo da 2 A que es el limite del estabilizador, pero ¿cuando iban a funcionar los dos reguladores a su máxima potencia simultáneamente?

Y podía decir que eso es todo, porque con esto ya funciona, pero he querido darme el capricho de hacer un montaje de aspecto profesional. No hay más que ver la fotografía de portada para darse cuenta de que efecto, he conseguido un acabado muy digno.

El montaje está hecho sobre una caja de la marca Retex, con forma de pupitre, cuerpo de plástico y tapa de aluminio. Sobre la tapa he pegado una lámina impresa con el ordenador y posteriormente barnizada, lo cual le da un aspecto muy profesional. La carátula es muy sencilla ya que contamos solamente con el mando del potenciómetro que regula la velocidad, un conmutador para el cambio de dirección, y dos pilotos para indicar el funcionamiento y la posible sobrecarga del circuito.

He bautizado este montaje como PWM09V lo cual no es muy original sabiendo que su misión es generar una corriente de tipo PWM con  9 Voltios de tensión.

Y ya en plan "chulo" le he puesto como marca, el logotipo del programa ControlZ.

Un pequeño comentario: los controladores PWM no llegan nunca a cerrar completamente la corriente. Con el mando al mínimo aún llegan a la locomotora unos pulsos muy cortos, con los cuales no se mueve, pero que tienen dos efectos curiosos: Por un lado se puede oír un ligero zumbido en la locomotora que a mucha gente le parece peligroso. Por otro lado, si las luces de la locomotora son de leds, en función de como esté hecho el circuito de luces, puede ocurrir que estos pequeños picos de tensión sean suficientes para encender las luces. Así que llevando el mando a cero, la locomotora se queda ronroneando y con las luces encendidas. La solución a esto es poner un interruptor para cortar la corriente que llega a las vías. Los reguladores de Jöeger llevan el clásico interruptor asociado al mando de velocidad, de manera que llevando el mando al mínimo y haciendo el click al final de  movimiento la corriente se corta. Bueno es una solución, pero a mi no me gusta demasiado.

Lo que yo he hecho es utilizar un conmutador de tres posiciones para el cambio de marchas hacia delante y hacia atrás. Dejando el comutador en la posición central, cortamos la corriente. Por eso el mando está marcado con tres opciones "adelante" "paro" "atrás". Dejando el mando en esta posición central, la corriente está cortada. Pero lo curioso es que estando el regulador al mínimo, si movemos el conmutador a la posición "adelante" la locomotora no se moverá, pero se encienden las luces de marcha adelante. Por el contrario, si ponemos el pulsador en la posición de "atrás" se encienden las luces correspondientes a la marcha atrás. Todo esto naturalmente suponiendo que la locomotora cuente con luces de leds. Asi que de una forma muy simple se simula el efecto que todo el mundo asocia al mando digital: La locomotora es capaz de permanecer parada con las luces encendidas y cambiar el sentido de las luces según si va a moverse en uno u otro sentido, antes de empezar a moverse.

Por la parte trasera, la caja lleva la conexión para el adaptador de red, un interruptor general, para encender y apagar el equipo y las conexiones para conectar a la vía. Inspirado en los reguladores de Märklin que llevan unas pinzas para conectar los cables, he utilizado aquí algo muy parecido, Se trata de un conector del tipo utilizado para conectar altavoces en muchos aparatos, ya que también son unas pinzas que atrapan directamente el cable pelado.

En definitiva, que ha quedado muy bonito y muy profesional, pero claro la pregunta del millón es: ¿Y funciona?

¡Naturalmente! ¿Alguien lo había dudado? (aparte de mi naturalmente).  Bueno el caso es que funciona perfectamente, tal como puede verse en el siguiente vídeo, en el que hago hincapié en las dos características más sobresalientes: La capacidad de controlar las locomotoras a velocidades muy lentas, y la posibilidad de manejar varias locomotoras de forma simultánea.




Yo creo que este regulador es una alternativa muy buena a las otras soluciones existentes para controlar nuestros trenes de escala Z, asi que como es habitual, próximamente se encontrará en la página de descargas de este blog, todo lo necesario para construir de forma artesanal uno de estos reguladores.

Y a todo esto, nos faltaba hablar de los problemas que surgen cuando alimentamos circuitos de vía contiguos, con reguladores de tipo PWM. Como el tema requiere algunas explicaciones un poco largas, lo dejaremos para un próximo capítulo.