Más sobre servos (y II)

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Llegan los servos I

En un reciente artículo (Inventos del TBO) comenté que una de las formas de mover un desvío era mediante un servomotor de los usados en radiocontrol, para manejar aviones coches o barcos por control de radio. Incluso incluí un enlace a un vídeo de YouTube en el que se veía un desvío manejado de esta forma. También apunté que los servos podían utilizarse para más cosas, como pueden ser, por ejemplo, mover las puertas de las cocheras, mover las barreras de un paso a nivel.....

Y me quedé pensando: Yo tengo una cochera en rotonda  con tres puertas, y además un taller con otra puerta más. ¿Porqué no experimentar con estos servos y tratar de ponerles un sistema de apertura y cierre a estas puertas? Aclaro que la rotonda (Märklin 8983), que procede de mi anterior maqueta,  tenía de origen un sistema de apertura y cierre de puertas por un sistema de motor de bobinas análogo al de los desvíos, pero hace ya bastantes años que lo eliminé, porque no me funcionaba bien. En cuanto al taller (Faller 282733) no tiene previsto este sistema.

En principio, no me gusta distraerme con proyectos ajenos a la línea de trabajo que tengo pensada, porque a este paso no voy a tener nunca operativa la maqueta, y ahora que comienza una nueva temporada, tocaba volver a conectar todas las vías que se desmontaron por la mudanza. Sin embargo, he pensado que introducir un sistema de cierre de puertas en la rotonda al final del proyecto, sería mucho más complicado que hacerlo ahora que tengo la sección de la estación desmontada y por lo tanto puedo trabajar por encima y por debajo con toda comodidad. Así que éste puede ser el momento de probar esta nueva técnica.

Dicho y hecho; busqué por Internet unos servos baratos y los encontré en Inglaterra bajo el epigrafe: "Micro Mini Feather Nano 3.7g Servo 4 Park Fly Fox" Algo que se llama Micro Mini y Nano y además Feather no cabe duda que tiene que ser pequeño. Bueno pues esta mañana, mi BR89 los ha traído a mi taller, tal cono vemos en la foto de la cabecera. No cabe duda que son pequeños. Yo diría que son servos a escala Z.

Como ya adelanté en el artículo mencionado, los servos requieren una señal de control, que en su uso habitual es producida por el receptor del equipo de radiocontrol. Pero claro, aquí no hay radiocontrol ni receptor, ni nada parecido, así que hay que ingeniárselas para generar esa señal de control. También mencioné una página web denominada servomotores donde venía un esquema para hacer un circuito capaz de generar esa señal. El esquema en cuestión es el siguiente:

Así que había que construir ese circuito. Bueno, no es difícil, y además los elementos principales que son el circuito integrado NE 555 y el transistor de salida, los tenía de cuando hice mi primer control PWM de tracción ( véase "Cambio de oficio"). He utilizado incluso el mismo transistor de salida MPSA13.

Antes de diseñar un circuito impreso, he hecho un prototipo en la protoboard. La imagen siguiente muestra el circuito de prueba:

Y.... ¿funciona? Pues si;  funciona. Véase la muestra:

Observo sin embargo que de tope a tope del potenciómetro, el servo gira apenas un octavo de vuelta, lo cual es muy poco porque debería girar media vuelta. No se si la culpa es del servo o del circuito, pero con el osciloscopio veo que en efecto se produce una onda cuadrada de ancho de pulso variable, pero la variación del ancho es muy pequeña. Podría experimentar con otros valores para algunos componentes, pero la verdad es que este movimiento corto es muy apropiado por ejemplo para mover un desvío, y tampoco se necesita más para abrir o cerrar una puerta.

Otra cosa que quiero probar, es el sustituir el potenciómetro por un conmutador. Para accionar un desvío, el tener que girar un potenciómetro no es apropiado, y aunque podía serlo para mover una puerta, no ese mi objetivo, así que lo que hay que hacer es eliminar el potenciómetro y sustituirlo por una resistencia del mismo valor. Después con un conmutador de dos posiciones, conectando lo que sería el cursor del potenciómetro a uno u otro extremo de la resistencia, tendríamos el mismo efecto que con un potenciómetro que situásemos alternativamente en sus posiciones extremas:

Esto es muy sencillo de hacer y además tiene una ventaja: Si utilizamos este sistema para accionar desvíos, estamos utilizando como elemento de mando un conmutador biestable (SPST) con lo cual tendremos un elemento de señalización en el tablero. Como ya vimos al hablar de las distintas posibilidades de manejar los desvíos, los conmutadores biestables eran una muy buena opción porque cuando los situamos en un cuadro de mando, su posición nos indica la posición del desvío.

Una nueva prueba, nos demuestra que efectivamente funciona bien:

No cabe duda que esta es una solución muy buena para todo aquél que quiera hacerse una maqueta con los desvíos movidos por servos y manejarlos con conmutadores desde un cuadro de mando. He podido comprobar además que uno de estos circuitos puede manejar perfectamente dos servos conectados en paralelo al mismo circuito de control, así que con un único conmutador se puede actuar sobre dos desvíos, que se moverán al unísono, por ejemplo cuando se hace un escape entre dos vías paralelas. Sin embargo con tres no funciona. Seguramente esto se puede modificar para manejar más servos sincronizadamente pero tampoco lo veo necesario.

Como digo la solución me parece excelente, y si hago algún módulo o alguna otra maqueta en el futuro seguramente utilizaré este sistema.

Sin embargo para mi maqueta actual tengo un problema. Si quiero mantener el mando por ordenador en los elementos que quiera mover mediante servos, no puedo manejar un conmutador desde el programa. Bueno si puedo: Evidentemente lo que tengo que hacer es poner un relé biestable, por ejemplo el ya conocido V23079-B1203-B301 de Tyco. Este relé tiene realmente dos conmutadores y puede manejarse con impulsos de 12 voltios como cualquier motor de bobinas.

Así que voy a hacer unos cuantos de estos circuitos "driver de servos" complementados con el relé, y así tendré un elemento para producir cualquier tipo de movimiento mediante un servo y que puede ser manejado de la forma estándar mediante impulsos de 12 voltios.

Ya tengo tarea.

Algo más que un inventillo

En el artículo anterior, describía un circuito que había creado para el manejo de desvíos por el método de descarga de condensador. Le llamé inventillo, porque realmente el sistema es bastante conocido, y mi aportación se reducía a haber hecho un circuito compacto y organizado y a haber incluido un sistema que permite manejar leds de señalización.

Sin embargo hoy traigo a este artículo, un circuito bastante más complicado y además completamente original, y que creo que puede ayudar a muchos aficionados expertos que pretenden manejar los desvíos de las maquetas con servomotores del tipo usado habitualmente en radiocontrol.  El caso es que existen algunos dispositivos para manejar servomotores, pero, al menos los que yo conozco, son elementos para sistemas digitales. Se trata de decodificadores para servos que requieren por lo tanto una señal digital de control y ser manejados desde una central digital. Esto seguramente ha podido hacer pensar a muchos aficionados que el tema de los servos sólo puede manejarse en digital, cuando desde luego no es así.

Ya dediqué a este tema hace tiempo un artículo titulado Llegan los servos, en los que describí un circuito que podía utilizarse para controlar un servo, utilizando conmutadores o un relé biestable que se activaba como un desvío con motor de bobinas. Me consta que bastantes personas construyeron ese circuito, con buenos resultados, y también me han llegado noticias de otras personas que han encontrado dificultades para hacerlo funcionar. De todas formas este tema lo tenía un poco pendiente porque me apetecía resolverlo de modo más general, sin necesidad de utilizar relés, sino simplemente electrónica, y con la funcionalidad de poder tener señalización luminosa y también poder conmutar la alimentación del corazón de los desvios de tipo electrofrog.

Asi que hace un par de meses, abordé el diseño de un circuito de este tipo, y después de las esperas correspondientes a que me fabricaran la placa, ya he podido hacer un prototipo y probarlo. La verdad es que de todos estos elementos de electrónica para trenes que estoy llevando a cabo últimamente, este es el que me ha dejado más satisfecho.

En la cabecera vemos la fotografía, pero como todas ellas, no dice demasiado de cómo funciona el circuito, así que invito a los lectores a ver este vídeo, donde si que se puede apreciar mejor cómo funciona.



Al principio vemos el circuito conectado a cuatro servos que están situados sobre un tablero para que veamos bien su movimiento. Al circuito le he conectado una botonera Marklin 7072. Este es un venerable accesorio de la marca, que he escogido para remarcar el hecho de que el control de este circuito es de lo más clásico. Esta botonera no es más que un conjunto de ocho pulsadores y eso es todo lo que necesita para manejar este circuito. Por supuesto los pulsadores pueden ser de cualquier tipo, y lo habitual será situar pulsadores de electrónica en un panel de mando. Por supuesto pueden emplearse también conmutadores monoestables de tres posiciones con desconexión central, y en general cualquier elemento que usaríamos para controlar un desvío con motor de bobinas incluídos vías de contacto, interruptores reed, sensores Hall... Probablemente podría manejarse incluso con un decoder de accesorios, pero como ya he dicho para el tema digital ya existen decoders para servos.

El circuito se alimenta con 12 Voltios de corriente continua y de ahí saca todo lo que necesita para mover los servos , los leds, y hasta los relés que luego veremos. El consumo viene a ser de unos 200 mA asi que pueden alimentarse varias de estas placas con fuentes de alimentación muy sencillas.

Como se ve en el vídeo, cada servo responde independientemente de los demás a la pulsación de los botones en la botonera, y la conexión para conseguir esto es tan sencilla como conectar los tres hilos de cada servo a las clemas correspondientes, así como los cables de la botonera a las clemas previstas para ello. También se conecta la alimentación de 12 voltios y con eso ya estamos en disposición de accionar los desvíos.

Luego vemos cómo se consigue la señalización: hay otro juego de clemas que permite conectar los terminales de leds que se encienden en correspondencia con el movimiento del servo. En el video se han usado leds bicolor (rojo/verde) y se han situado en el mismo tablero que los servos. Naturalmente en una instalación real, estos leds estarían en el panel de mando, posiblemente sobre un esquema del trazado de las vías. Aunque aquí vemos que se usa un led bicolor es igualmente posible utilizar dos leds normales, uno rojo y otro verde por ejemplo. No se necesita ninguna alimentación adicional para los leds y ni siquiera resistencias de limitación de corriente. Está todo incluído en el circuito.

Y por último vemos que este circuito tiene también salidas para mover directamente relés de 12 voltios. En el video vemos una placa con cuatro relés y podemos comprobar cómo al conectarlas al circuito, los relés se activan y desactivan en correspondencia con el movimiento de los servos.

La mayor utilización de estos relés que cambian en función de la posición del servo, sería para cuando se utiliza un servo para mover un desvío de tipo electrofrog, que necesita que el corazón del desvío sea polarizado según se posiciona en una u otra vía. desde luego podría utilizarse para cualquier otro automatismo, como una señal luminosa etc.

Como de costumbre, incluyo a continuación el esquema del circuito. Como es evidente el circuito es lo bastante complejo como para que sea imposible su construcción artesanal, de modo que es necesario solicitar su fabricación a una empresa especializada. Para poder ver el circuito habrá que hacer click sobre la imagen

A diferencia de otros temas anteriores, este circuito es independiente de la escala, de modo que puede utilizarse indistintamente para H0, N o Z, En cualquiera de los casos, cuando se quieran utilizar servos para mover los desvíos este circuito es válido.

Por supuesto los servos no solamente tienen utilidad para mover desvíos. También son muy prácticos por ejemplo para mover las barreras de un paso a nivel, los portones de un depósito de locomotoras, etc.

Motorizacón del Paso a nivel FALLER 282730

Paso a nivel FALLER 282730 motorizado y con señalización

He pensado que voy a poner un paso a nivel en mi maqueta que está en construcción. Aunque muchas veces, este tipo de accesorios se pone cuando ya está todo probado y en funcionamiento, he preferido hacer el montaje al mismo tiempo que pongo la vía, con lo cual va a ser más fácil que tener que levantar o adaptar  parte de esta, cuando ya esté colocada. 

Como siempre, con la escala Z tenemos pocas opciones, así que creo que solo existen 2, la de Märklin  (8992) y la de Faller (282730).

Märklin 8992

Curiosamente se trata de dos soluciones muy distintas: por un lado, la de Márklin es un accesorio bastante mamotreto, y con un acabado poco realista, que (supongo) está motorizada con un motor de bobinas. En mi primitiva maqueta de escala H0, había uno de estos pasos a nivel de Märklin con motores de bobinas y tenía el fallo de que las barreras se levantaban y se bajaban a una gran velocidad, con lo cual el efecto era muy malo. Supongo que el modelo de paso a nivel para Z, que se sigue fabricando desde hace casi 50 años tiene el mismo defecto. Y además es muy caro: El precio de catálogo son 99 euros.

Buscando en YouTube he encontrado este video donde confirmamos que en efecto el movimiento de las barreras es irrealmente rápido

La otra opción es la de Faller, y en imagen siguiente vemos como queda el mismo una vez instalado. El realismo es infinitamente mejor que el de Marklin peeeeeero....¡no tiene movimiento! Claro, Faller es un fabricante de artículos de decoración para las maquetas, así que este paso a nivel es puramente decorativo.

Faller 282730

Curiosamente Faller fabrica un paso a nivel para la escala N con la referencia 222174 que es prácticamente idéntico a este y otro incluso más sencillo con la referencia 222173, ambos sin motorización, pero también tiene el modelo 222170 que si está motorizado. Por cierto, que mirando el manual de éste último modelo, me parece que han hecho un sistema muy complicado.

Así que si quería un paso a nivel bonito y motorizado para escala Z, tenía que resolver el tema por mi cuenta. La solución que he pensado es utilizar un servo de los usados en maquetas de barcos y aviones radiocontrolados que es una solución muy buena porque ya incluye un motor con su tren de engranajes y su sistema de control del motor. Ya he usado estos elementos para mover desvíos con un movimiento lento más realista que el clásico motor de bobinas. 

En el artículo  Llegan los servos describía un sencillo sistema para accionar un servo que realmente solo requiere un único circuito NE555 para producir la señal que activa el servo. Esto llevó a un circuito un poco más elaborado que aparecía en el el artículo Llegan los servos (y III) (de 20011) con un relé y el mismo NE555

Sin embargo estos circuitos adolecen del defecto de no poder controlar la velocidad a la que se mueve el servo. De hecho el servo se mueve siempre a la máxima velocidad que es capaz de adquirir, y como realmente lo que andamos buscando al utilizar un servo es tener un movimiento lento, no resulta una solución muy satisfactoria.

Así que seguí dándole vueltas al coco y en 2014 publiqué aquí otro artículo titulado Otro driver de servo en el cual aparecía ya un circuito capaz de controlar un servo permitiendo además controlar tanto la velocidad como la amplitud de movimiento.  En el siguiente video, grabado entonces, podemos ver su funcionamiento y su aplicación al movimiento de un desvío: SERV01B .

Tuve durante meses este servo a la venta en mi tienda, y lo comenté en los foros en que participo, pero parece que no tuve mucho éxito convenciendo a los compañeros de afición, ya que nadie pidió uno, así que acabé por descatalogarlo. (luego si me han pedido alguno, pero ya no he podido atender esas peticiones)

Curiosamente, el tema de mover desvíos con servos aparece con cierta frecuencia en los foros y hasta existen decodificadores para digital que manejan servos, pero en el campo analógico no hay nada que yo sepa. Las soluciones artesanales que se proponen para sistemas analógicos pasan por utilizar un Arduino para generar la señal que maneja el servo, lo cual a mi me parece matar pulgas a cañonazos, y además para modificar los valores de amplitud de movimiento y velocidad del servo hay que actuar sobre el programa del Arduino, mientras que con mi sistema, basta un simple destornillador para ajustar uno y otro parámetro, y por supuesto se puede hacer incluso mientras está funcionando. En fin... 😳

Bueno, pues me puse a buscar en la chatarra electrónica y encontré una placa de circuito del controlador de servos de 2014. No es exactamente la que aparece en el artículo anterior y en el video, sino un modelo ligeramente distinto que tenía un defecto, pero que para lo que yo yo quería, me resultó válida. Así que monté esa placa de circuito, y la probé con un servo que conservaba de la época, y funcionó todo perfectamente. 

Como se ve en el video, el montaje funciona, y además podemos ver en el osciloscopio conectado, la forma de onda del tren de pulsos que controla el servo. También se ve muy bien, como, actuando con un destornillador se varía la velocidad a la que gira el servo. Aunque no se ve en el video, el otro ajuste sirve para modificar la amplitud de giro. Así que si ponemos la velocidad en el mínimo, se puede obtener un movimiento lento de las barreras, y ajustando la amplitud de giro se controla hasta dónde se deben levantar las barreras,

Pero ahora viene lo malo. Hay que conseguir que mediante el movimiento de un servo se muevan las barreras, y desde luego el modelo de FALLER no está en absoluto preparado para nada parecido. Lo malo es que como hablamos de escala Z , todo lo que hagamos es a tamaño minúsculo así que había que buscar una solución simple y muy fácil de hacer, sin requerir una precisión de relojero.

Por si alguno de los lectores se anima. he grabado un vídeo con todo el proceso de montaje, que como se puede ver es bastante sencillo. De hecho, yo diría que para la escala N se puede hacer lo mismo en el FALLER 222174 y probablemente es más sencillo que adquirir el 222170 y montarlo con el sistema de FALLER.

Dicho en pocas palabras, el sistema consiste en ponerle a cada barrera, dos hilos (he utilizado un hilo de costura de los llamados "invisibles") uno que tira de la barrera hacia abajo, y el otro que está enganchado al contrapeso, que hace que la barrera se levante. Ambos hilos pasan a la parte inferior de la pieza de madera que sirve de base a todo el montaje, a través de dos finísimos agujeros.

Los hilos que tiran hacia abajo, se atan a unas gomas elásticas que por el otro extremo se enganchan a un alfiler clavado en la base. De este modo, las gomas, están ligeramente tensadas y hacen que las barreras tiendan siempre a estar bajadas.

El otro extremos de los hilos, se acaban uniendo en uno solo, y éste está unido a un "cabrestante" que enrolla el hilo cuando gira el servo. De esta forma, cuando el servo gira enrollando el hilo las barreras suben y tensan las gomas. Cuando el servo gira desenrollando el hilo, las gomas tiran de las barreras hacia abajo.

Un inciso: Podría haber movido directamente ese hilo con la excéntrica original del servo. Lo probé, pero eso tiene un inconveniente: Si conecto el hilo a la excéntrica, el movimiento no es uniforme, ya que cuando la posición del hilo es perpendicular a la de la excéntrica el movimiento es mucho más rápido que cuando excéntrica e hilo están en línea. En cambio si el hilo se enrolla sobre un carrete que gira, el movimiento es uniforme.

Como se ve, he buscado un mecanismo simple y la única dificultad es trabajar a la pequeñísima escala que tenemos entre manos.

Sin embargo, me he liado la manta a la cabeza, y después de comprobar el buen funcionamiento del mecanismo que mueve las barreras, he querido añadir un plus de realismo. Es sabido que en los pasos a nivel, cuando las barreras están bajadas, existe además una señalización visual, que, aunque no es igual en todos los países, suele consistir al menos en una o dos luces rojas intermitentes, y en muchos casos también algún timbre o campana. El paso a nivel de Marklin lleva unas luces rojas intermitentes que se encienden cuando las barreras están cerradas, y he querido hacer algo similar.

Pero claro, si quería poner unas luces en las señales del paso a nivel (las llamadas "cruces de San Andres") teniendo en cuenta el tamaño de las mismas tenía que poner leds SMD, y con el problema de llevar hasta ellos un finísimo cableado. Nunca he soldado un componente SMD, así que me daba bastante miedo hacer un estropicio.

Sin embargo, justamente cuando estaba buscando leds SMD en la web donde suelo pedir leds, porque tienen de todo en ese campo, (Shoptronica) encontré por casualidad que tenían a la venta filamentos de fibra óptica, lo cual me dio la idea de que podía usar un led de tamaño normal, y llevar uno de estos filamentos hasta cada señal, donde se vería la luz conducida por la fibra. Y no es más que un filamento flexible de unos 0,5 mm de diámetro, de manera que haciendo en cada señal un taladro de ese diámetro, si metía el filamento desde atrás, asomando la punta por delante, se vería la luz desde el frente.

Quedaba una duda: como "meter" la luz desde un led normal al filamento. Bueno, se me ocurrió que si hacía un pequeño taladro en la propia cápsula del led (como de 0,5 mm de de diámetro y otro tanto de profundidad) y metía en él la punta del filamento, pegada con cianoacrilato, quedaría suficientemente bien, pero una cosa es hacer un taladro para un filamento y otra hacer dos para los dos filamentos que quería. Afortunadamente conservo todavía unos leds que usaba bastante hace años que tienen la cápsula rectangular, con la parte de arriba plana. En ese tipo de cápsula es bastante fácil hacer este apaño, y en el video se ve como lo hice.

Pero faltaba una cosa: esas luces deberían ser intermitentes, y yo se cómo hacerlo, pero requiere un NE555 con su alimentación y toda la historia. Pero justamente, también encontré en la misma Shoptronica  que vendían un dispositivo diminuto (de aspecto muy parecido a los sensores Hall) que puede hacer que un led funcione de forma intermitente, así que pedí, unos cuantos para probar.

El resultado es excelente, y al final del video se ve como hice el montaje y como queda el resultado final. 

Bueno, pues aunque un poco largo, creo que ha quedado bien explicado. Cuando esté colocado en la maqueta, funcionando con trenes y con la decoración terminada, espèro poder poner una imagen del resultado final.

Más sobre servos (I)

Pulsar dos veces para arrancar el video

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

DRVSERVO

 

DRVSERVO 1.0

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Llegan los servos (y III)



Una de las cosas buenas que tiene el publicar en un blog las ideas que voy llevando a la práctica, es el hecho de que recibo comentarios y sugerencias de los lectores, bien directamente en el mismo blog, o bien en foros donde se comentan estos artículos.

Este es el caso del último artículo, donde comenté que había construido un circuito para manejar servos con un sistema compatible con los habituales para el manejo de los motores de bobinas.

Efectivamente, este circuito ha sido comentado en varios foros, y se me han hecho un par de sugerencias importantes: La primera es una crítica por haber utilizado un transistor Darlington en la etapa de salida del circuito. Ya comenté que había utilizado este transistor, porque me había fijado en el circuito que hice hace tiempo para el manejo de trenes (COLA01). Pero claro, en ese caso, a pesar de ser un circuito muy parecido, por el transistor de salida circula toda la intensidad que alimenta la vía, luego se necesita un transistor con una ganancia de corriente elevada. Por el contrario en el driver para servos, por la etapa de salida sólo circula una débil señal de control, por lo que no se justifica utilizar un transistor tan especializado como el MPSA13.

Pero la sugerencia más interesante que me hicieron era la posibilidad de ajustar el recorrido del servo. Esta posibilidad es interesante, puesto que permite, por ejemplo en el caso ser el servo que mueve el desvío, ajustar el ángulo que se mueve la leva exactamente a lo necesario, de manera que la varilla de acero que mueve los espadines del desvío se deforme lo justo para mantener la posición de las agujas, pero no más, ya que esto no hace más que endurecer el desvío frente al talonamiento.

Curiosamente, el circuito original en que me basé, tenía un potenciómetro, pero este potenciómetro tiene la misión de mover el servo al actuar sobre él. Como ya comenté yo lo sustituí por una resistencia fija y un conmutador, de manera que se tienen dos posiciones extremas fijas para la posición del servo.

En la figura vemos la situación de partida (A), la opción que yo empleé, con un conmutador (B) y la solución que he adoptado al final. De nuevo se utiliza un potenciómetro de ajuste, pero con la misión de preestablecer el ángulo de giro. Como se puede ver en la opción C, con el cursor completamente arriba estamos exactamente en el caso B. Si movemos el cursor hacia abajo, el movimiento es cada vez menor, hasta que situado en el punto inferior, el servo no se mueve nada. El potenciómetro se deja ajustado a la posición que proporciona el ángulo de giro requerido para cada caso.

Me convencí que con esta pequeña modificación, el circuito ganaba bastante en funcionalidad, así que merecía hacer el cambio. Lo malo es que esto supone rehacer el PCB, en definitiva rediseñar todo el dispositivo. La imagen de la cabecera muestra el resultado final, y se puede ver claramente en el centro el potenciómetro de ajuste (marcado como 10K 825 M). Si nos fijamos, abajo a la derecha, el transistor de salida también tiene un aspecto distinto del de la versión anterior. Se trata de un BC 107.

Pero si eso fuera todo, quizá no hubiese merecido la pena este nuevo artículo referido a los servos. Y es que gracias a que tuve que rehacer el diseño del circuito impreso, que ya es muy pequeño, me plantee que tenía que tener mucho cuidado con el nuevo circuito para que me cupiesen todos los componentes, incluyendo el nuevo potenciómetro, en el mismo tamaño de placa que tenía anteriormente.

Como ya he comentado, yo utilizo un programa de dibujo muy semejante a PhotoShop para diseñar los circuitos impresos, por lo que no tengo ninguna de las ayudas con que cuentan los programas especializados. Así que cuando diseño un circuito tengo que tener cuidado, no solo del espacio requerido para alojar los pines de los componentes por el lado del cobre, sino que tengo que cuidar de las partes superiores de los componentes no interfieran entre si. La parte de los pines es relativamente fácil de diseñar porque en general todos estos elementos tienen un "paso" de 2,54 mm (1/10 pulgadas). En cambio para la parte superior, hasta ahora,  lo que hacía era medirlos con un calibre y además imprimir de vez en cuando el diseño del circuito y situar sobre el papel impreso los propios componentes para ver si cabían perfectamente o si chocaban unos con otros. Muchos elementos tienen una "huella" mucho mayor que la que corresponde a los pines, como es el caso de conectores, disipadores, condensadores, etc.

Como se ve, es un tema bastante entretenido, y además requiere tener encima de la mesa todos los componentes que se van a usar, cuando se diseña el circuito. Pero el otro día se me ocurrió una idea que me parece muy interesante, para todos aquellos que hacen sus propios diseños. Consiste en colocar en el scanner todos los componentes y sacar una imagen de cada uno de ellos. Teniendo la precaución de utilizar al escanear la misma escala que la utilizada al diseñar el circuito (yo uso 600 ppp) las imágenes que se obtienen son rigurosamente exactas en cuanto a su tamaño, por lo que pueden situarse en una capa del dibujo y usarlas como referencia super precisa del tamaño que ocupa cada componente.

Tampoco hay que obtener demasiadas imágenes. Por ejemplo no se trata de escanear una resistencia de cada uno de los valores posibles, sino una sola, o en todo caso una de cada uno de los dos o tres tamaños existentes. Ya sabemos que los colores de la imagen no corresponderán con los valores que deberían tener según el valor de la resistencia, pero aquí se busca exclusivamente el tamaño. Tengo así tres ventajas: El sistema es mucho más preciso, voy mucho más rápido, y no necesito disponer a la hora de diseñar el circuito, una muestra de cada componente, si es que ya lo había usado anteriormente y conservo la imagen. Puedo llegar a crear así una "librería" de imágenes de componentes.

Y una ventaja adicional: Durante la fase de diseño obtengo una imagen muy realista del circuito que estoy diseñando. Esto aparte de "ser bonito" puede servir como referencia para el montaje.

La imagen siguente es un ejemplo de la dicho: A la izquierda tengo una fotografía del circuito terminado (la misma de la cabecera) y a la derecha la imagen de componentes obtenida durante la fase de diseño.

Como se ve, la coincidencia es perfecta, pero lo bueno del caso es que la imagen de la derecha está obtenida durante la fase de diseño, es decir, antes de grabar el PCB y de montar el circuito. Sin esta herramienta, no hubiese sido posible saber con certeza si el relé que vemos a la izquierda, cabría entre el potenciómetro de ajuste y el conector de la izquierda. La imagen dijo que si cabía, y la realidad confirmó que así era.

Pensé que mi idea era original, pero al ver las imágenes obtenidas, las encontré "familiares". Yo ya había visto en alguna ocasión imágenes de este tipo. Por ejemplo recordé que en el artículo en que me basé para hacer mi primer controlador de velocidad, aparecía la imagen que se reproduce a la izquierda:

Al verla ahora, me doy cuenta que es una imagen tremendamente parecida, pero que las imágenes de componentes en ella son dibujos, no imágenes reales.

No tengo ni idea de cómo obtuvo esa imagen el autor del artículo, pero supongo que algunos programas de diseño son capaces de generarla. Lo bueno es que yo lo he hecho sin ninguna herramienta especializada.

Bueno, pues he quedado muy contento de esta idea que me facilita el diseño de circuitos impresos, y seguramente la emplearé en lo sucesivo. También incluiré estas imágenes en los documentos de descarga que pongo a disposición de mis lectores.

Por cierto, me comentan que para conseguir descargar los documentos que sitúo en la página de descargas, se exige que el usuario esté dado de alta como usuario de Google. No es mi intención limitar de ninguna forma el acceso a cualquier lector a estas descargas, pero parece que Google impone esa condición, y yo no tengo posibilidad de soslayarla. En todo caso abrir una cuenta en Google no supone ningún problema y pocas organizaciones habrá en Internet con más seriedad que ésta.

En todo caso, pongo a continuación el esquema eléctrico de este circuito con las reformas incluidas (pulsando en él se obtendrá la imagen a tamaño original)

Espero que sea de utilidad.

Inventos del TBO



Imagen de la web http://seronoser.free.fr/tausiet/tbo/TBO.htm

Antes que nada, pensando en lectores de este blog residentes fuera de España, aclaro que TBO (por "te veo") fue una revista infantil que se publicó en España desde 1917 hasta los '80. Tan popular fue que en España se llaman "tebeos" (y así lo recoge el Diccionario de la Real Academia) a estas publicaciones infantiles que en casi todas partes se denominan "comics". Una de las secciones de este tebeo era: "Los Inventos del Profesor Franz de Copenhague" que ha pasado al acervo lingüístico español como "los inventos del TBO" designado un artilugio complicado y retorcido para conseguir un resultado banal.

(Un inciso: me gustará ver como se las apañan los traductores automáticos con el párrafo anterior)

Viene todo esto a cuento de que en mi artículo anterior (mando y señalización de desvíos) me referí exclusivamente a la forma de conseguir el telemando y la señalización de los desvíos cuyo motor está formado por una doble bobina electromagnética, ya que así son la mayoría de los desvíos comerciales, que se venden equipados con sus correspondientes motores.

Sin embargo muchas marcas de vía venden por separado los desvíos y los motores, e incluso algunas no venden motores para sus desavíos. Por otro lado los desvíos que podemos construir con vía artesanal, tampoco tienen motores, así que hay un montón de situaciones en las que los aficionados se encuentran con desvíos que desean dotar de un sistema de motorización, y buscan la solución más eficiente para conseguirlo.

Lo primero que hay que decir, es que todas las soluciones que se buscan, están basadas en situar los motores de los desvíos debajo del tablero. Evidentemente se busca la estética, y además el evitar los problemas de interferencias entre los motores y las vías que se pueden producir en algunos trazados. Por lo tanto estamos hablando siempre de instalaciones permanentes (maquetas) ya que una vía que se monta y se desmonta no puede tener un motor bajo tablero.

Otra cosa que se busca es la economía, ya que los motores de desvió son caros. Esto da lugar a que el ingenio de los modelistas de lugar a ingeniosas soluciones aprovechando materiales de recuperación. Este tipo de aportaciones es lo que ha dado origen al título de este artículo, aunque por supuesto debo manifestar mi profundo respeto por todos aquellos que agudizan su ingenio para solucionar de forma eficiente y económica los automatismos de sus instalaciones.

Dejando por lo tanto aparte los motores de desvío normales, que las diferentes marcas de vía producen para sus propios desvíos, y que en ocasiones se pueden adaptar a desvíos de otras marcas, vamos a pasar revista a lo que podemos llamar sistemas alternativos de motorizar los desvíos.

En primer lugar, como solución más standard de todas, tenemos los motores bajo tablero de bobinas. Se trata naturalmente de una versión del clásico motor de doble bobina que veíamos en el artículo anterior, pero construido de forma que sea "universal" y se pueda colocar bajo el tablero.



Motor de bobinas Gaugemaster PM-1

 En la imagen de la izquierda vemos uno de estos motores, de la marca Gaugemaster. Como en casi todos los casos que vamos a ver, hay una varilla que atraviesa el tablero por una ranura, y que se introduce en un taladro que tiene (o se hace en) la traviesa móvil que une los dos espadines. El movimiento de esta varilla es lo que impulsa la traviesa y en consecuencia los espadines a una u otra posición. Si esta varilla es lo suficientemente elástica permite que los espadines se muevan de su posición a la opuesta forzados por las ruedas de los vehículos, el desvío resulta talonable. Vista la imagen, parece que la varilla de los Gaugemaster es demasiado rígida como para permitir este talonamiento. Ni que decir tiene que el sistema de mando de estos motores es idéntico al de los motores de bobinas que vimos en el artículo anterior. Gaugemaster hace una versión de este dispositivo con un conmutador para conseguir la polarización del corazón, tema que ya comentamos en su momento.



Del foro : http://www.trenminiatura.es/phpBB3/viewtopic.php?f=39&t=3046

 Uno de los inventos más curiosos en esta línea es el de un aficionado que ha utilizado un relé de tipo industrial. Un tipo muy común de estos relés lleva un electroimán que atrae una armadura y ese movimiento cierra unos contactos, que pueden conducir una elevada intensidad, por ejemplo 16 amperios. Se trata de elementos robustos y fiables y normalmente se activan con tensiones de 12 Voltios. Bien, pues este aficionado ha hecho un recorte en la carcasa de plástico, y ha soldado una varilla (un clip) a la armadura, de manera que aprovecha el movimiento de ésta para accionar el desvío.

Nótese que los contactos del relé no se utilizan para nada, salvo que se aprovechen para una señalización.

El sistema de mando en este caso es radicalmente distinto, ya que lo que hay que hacer es montar simplemente un interruptor (SPST) que de corriente o no a la bobina. Cuando la bobina recibe corriente la varilla se mueve a una posición, y cuando se cambia el interruptor a la posición de abierto, cesa la corriente y la varilla se mueve a la posición contraria. Por lo tanto en una de las posiciones el relé consume permanentemente corriente, lo que hay que tener en cuenta a la hora de diseñar la alimentación de una maqueta que equipe este tipo de dispositivos. No hay peligro de que la bobina se queme porque este tipo de relés industriales están previstos para que se pueda mantener indefinidamente la corriente en la bobina. Este tipo de relés, se venden por precios de alrededor de 5 o 6 €, así que el precio por desvío no resulta demasiado costoso.

Y ahora vamos a entrar en la categoría del movimiento lento. Todos los dispositivos que hemos visto hasta ahora, producen un cambio muy rápido en la posición de las agujas. Tanto, que todos ellos producen algún tipo de sonido al producirse el cambio. Es el típico "clack" que nos indica que el desvío se ha movido, pero que los aficionados consideran poco real. En realidad los desvíos reales motorizados, se mueven bastante rápidamente y producen un cierto sonido, pero movimento es muy distinto del que se produce por una bobina electromagnética.Veamos como se mueve una aguja real:

Asi que vemos que los espadines se mueven suavemente y de una forma bastante silenciosa. Naturalmente los buenos aficionados buscan la mayor semejanza con este comportamiento. Para conseguirlo recurren a varios métodos, que vamos a repasar.

En primer lugar tenemos los métodos comerciales. El más conocido es el distribuido por Viessman con la referencia 4554. aquí está su propaganda:

Como se puede ver en el video, el mecanismo consta de un motor que hace girar una varilla roscada, y ésta, arrastra una leva que toma un movimiento longitudinal para actuar sobre los espadines del desvío.

El desvio se mueve asi:

Efectivamente, el movimiento es mucho más bonito y mucho más real, pero ¿cuanto vale el Viessmann 4554? Pues unos cuarenta euros.

Asi que buscando la economía, algunos aficionados han realizado motores de desvío artesanales basados en el mismo principio: Un motor que mueve una varilla roscada que hace que una pieza se mueva en uno u otro sentido, y algún elemento que haga la función de un final de carrera para que el motor se pare al llegar a cada extremo del movimiento.

Un aficionado que está construyendo una gran maqueta en H0 y que tiene una gran Web donde cuenta todo el proceso, ha colgado en la red unos videos de motores de este tipo fabricados por el mismo:

Como se ve el resultado es bastante bueno, aunque evidentemente hacer todo ese artilugio para cada desvío de una gran maqueta es una buena cantidad de trabajo. También hay que considerar el coste de los motores, aunque en muchos casos se pueden conseguir de recuperación.

Respecto del sistema de mando de estos motores, es bastante similar a un motor de bobinas con finales de carrera, pero en la opción en la que utilizábamos un conmutador de dos posiciones. Obligatoriamente la alimentación será alterna, y los dos diodos que lleva este dispositivo envían las semiondas positivas o negativas al motor, haciendo que éste se mueva en los dos sentidos. Una señalización se podría hacer con un conmutador de dos circuitos DPDT.

Y todavía no hemos agotado el tema: Una solución muy elegante es utilizar un servo de los empleados en radiocontrol (Aeromodelismo, etc) . Un servo tiene una palanca que se mueve de una forma suave y potente al accionar el correspondiente sistema de mando, asi que es ideal para este fin. De hecho es incluso demasiado sofisticado, ya que un servo puede pararse en cualquier posición de su recorrido, y aquí sólo necesitamos que se detenga en los extremos.

Mecánicamente es la solución más sencilla puesto que basta conectar la palanca del servo con la traviesa móvil mediante una varilla que transmita el movimiento. No hacen falta finales de carrera ni ninguna otra cosa ya que el servo proporciona todas esas funciones. Por otra parte, tampoco son caros. Se pueden encontrar por 5 o 6 Euros, y por mucho menos en E-bay.

El video anterior, es muy significativo de la bondad de este sistema. Como se puede ver ha bastado situar el servo bajo el desvío y utilizar un fino alambre de acero par accionar éste. Este alambre parece lo suficientemente fino como para permitir el talonamiento del desvío.

Asi que esta parece la solución perfecta peeeeero..... Todo en la vida tiene su conrapartida. En este mismo video vemos, al lado del desvío, un "misterioso" circuito eletrónico. La cosa es que los servos esperan recibir de forma continua una señal "de posición" que por lo tanto no tiene nada que ver con ninguno de los sistemas de mando que hemos descrito hasta ahora. De hecho, la señal que el servo debe recibir es un tren de impulsos de ancho variable, o sea algo muy parecido, si no igual al control por PWM de una locomotora. En esta página tenemos una buena descripción de lo que es y cómo funciona un servo:

Servomotores.

Al final aparece el esquema de un circuito, que replico aquí y que podría utilizarse para manejar los desvíos de una maqueta mediante servos. Si nos fijamos en el esquema, el potenciómetro P1 es el que fija la posición de la palanca del servo. Si en lugar de un potenciómetro ponemos un conmutador con unas resistencias que simulen la situación del cursor para las posiciones extremas, al accionar ese conmutador, el servo se moverá a esas posiciones.

Si yo tuviese que utilizar un sistema artesanal para mover los desvíos, me iría indudablemente a un sitema de servos, ya que, al menos para mi es mucho más fácil crear una serie de circuitos de control iguales, que reproducir manualmente todo el sistema mecánico para cada desvío con el método de los motores y las varillas roscadas.

Los servomotores en las maquetas de tren tienen algunos otros usos interesantes, como son por ejemplo mover las barreras de un paso a nivel, las puertas de un depósito de locomotoras, etc.

Algunas centrales digitales tienen previsto el manejo de desvios accionados por servos, pero naturalmente si estamos tratando de sistemas analógicos, tendremos que solucionar el problema nosotros.

Y parecería que ya hemos completado todas las posibilidades, pero no es así. El otro día vi un vídeo, que además es de una maqueta de nuestra escala Z. El autor merece, desde mi punto de vista, el trofeo TBO al mejor invento para mover los desvíos. Mejor veamos primero el video:

El vídeo se hace un poquito largo, y además para mi es una demostración de lo que justamente no debe hacerse con la escala Z. Pero dejando este tema aparte, es llamativo el sistema que se ha currado este zetero para mover los desvíos ¡Utiliza unas manivelas que hace girar manualmente para manejar cada desvío! Supongo que por dentro tendrà unas varillas roscadas con un sistema parecido al de los minimotores que ya hemos visto.

Seguro que hay por el mundo muchos más inventos para mover los desvíos, pero al menos los más populares los hemos visto aquí.

Espero haber aclarado algunas dudas.



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