Saber Electronica N° 291 Edicion Argentina

 r::  $ 0 , 5 0  o r  e r i o  n t e  l  i n  a    o o  í  v  n  e  o  9 0  -  R e ecc a r rgg  1 , 9

 1  1 1  1  d..  Y  G BA:  $  1  / N º  2 9 1  d  e  e d  F e  p.  a p  p.  F  o  C a  1 1  1  c i i o  0  e c  2 0  2  0 1  e c  P r r e  /  / 2  5  2  o  ñ o  7 3 A ñ  0 7  7 3  7   5 0 5 0  8 - 5  2 8  2  3  0 3  3 2  N :  0  S N   S S S  I S S

EDITORIAL

QUARK

 Año 25 - Nº 291

OCTUBRE 2011

 V  Vea ea prim electrónic interactivo  Vea  V ea en en Internet Internet elel primer primer primer er portal portal de de electrónica electrónicaa interactivo. electrónica interactivo.. interactivo.  Visítenos web gr atis  Visítenos en en la la web, web,, yy obtenga obtenga información información gratis gra gratis tis ee innumerables innumerablesbeneficios. beneficios.

 www  www.webelectronica.com.ar  .webelectronica.com.ar   www.webelectronica.com.ar   www .webelectronica.com.ar  SECCIONES FIJAS Sección del Lector Descarga de CD: Curso de Microcontroladores PICAXE volumen 2

80 16

 ARTICULO DE TAPA   ARTICULO TAPA  ECU La Computadora de los Automóviles Descripción, Funcionamiento, Circuito Electrónico

3

 AUTO ELECTRICO ELECTRICO Diagnóstico de una ECU sin Escáner ni Interfaz

17

MONTAJES Termómetro de Precisión con Escala Luminosa Detectores de Proximidad  Ahuyenta Mosquitos Mosquitos Personal Personal Inversor de 220V x 150W para Energías Alternativas Controladores de Motores Paso a Paso Microcontrolado y  con Componentes Discretos Bobina Tesla

22 27 49 50 56 64

MANUALES TÉCNICOS Trabajando con Microcontroladores PICAXE 1

33

COMPONENTES LM3914 y LM3915. Display de Barras Móviles

67

TÉCNICO REPARADOR Tel elev evis isor ores es de Pan anta talllla a Pla Plana na de LC LCD. D. Ma Manu nual al de En Entr tren enam amie ient nto o San Sanyo yo TL TL51 5110 10 Reparando un iPhone 4 Cambio del Motor Vibrador

72 77

NOS MUDAMOS

Nueva Dirección: San Ricardo 2072, Barracas  Vea en la página 79 más detalles

Estamos a 15 cuadras de la anterior dirección.  Vea  V ea en la página 79 cómo llegar. llegar. Visítenos durante Octubre y llévese CDs y revistas de regalo a su elección

Distribución en Capital Distribución Carlos Cancellaro e Hijos SH Gutenberg 3258 - Cap. 4301-4942

Distribución en Interior Distribuidora Bertrán S.A.C. Av. Vélez Sársfield 1950 - Cap.

Uruguay RODESO ROD ESOL L SA Ciudadela 1416 - Montevideo

SABER ELECTRONICA

DEL DIRECTOR AL LECTOR

Director

Ing. Horacio D. Vallejo Producción

 José María Nieves Nieves (Grupo Quark SRL) Columnistas:

Federico Prado Luis Horacio Rodríguez Peter Parker  Juan Pablo Matute En este número: Ing. Ismael Cervantes de Anda

EDITORIAL QUARK S.R.L.

EDITORIAL

QUARK

Propietaria de los derechos en castellano de la publicación mensual SABER ELECTRONICA  Argentina: (Grupo Quark SRL) San Ricardo 2072, Capital Federal, Tel (11) 4301-8804  México (SISA): Cda. Moctezuma 2, Col. Sta. Agueda, Ecatepec de Morelos, Edo. México, Tel: (55) 5839-5077

ARGENTINA Administración y Negocios

Teresa C. Jara (Grupo Quark) Staff

Liliana Teresa Vallejo, Vallejo, Mariela Mariel a Vallejo, Diego Vallejo, Fabian Nieves Sistemas: Paula Mariana Vidal Red y Computadoras: Raúl Romero Video y Animaciones: Fernando Fernández Legales: Fernando Flores Contaduría: Fernando Ducach Técnica y Desarrollo de Prototipos:

Alfredo Armando Flores México Administración y Negocios

Patricia Rivero Rivero, Margarita Rivero Rivero Staff

Ing. Ismael Cervantes de Anda, Ing. Luis Alberto Castro Regalado, Victor Ramón Rivero Rivero, Georgina Rivero Rivero, José Luis Paredes Flores Atención al Cliente

Alejandro Vallejo [email protected] Director del Club SE:

[email protected] Grupo Quark SRL

San Ricardo 2072 - Capital Federal www.webelectronica.com.ar www.webelectronica.com.mx www.webelectronica.com.ve Grupo Quark SRL y Saber Electrónica no se responsabiliza por el contenido de las notas firmadas. Todos los productos o marcas que se mencionan son a los efectos de prestar un servicio al lector, y no entrañan responsabilidad de nuestra parte. Está prohibida la reproducción total o parcial del material contenido en esta revista, así como la industrialización y/o comercialización de los aparatos o ideas que aparecen en los mencionados textos, bajo pena de sanciones legales, salvo mediante autorización por escrito de la Editorial.

TELÉFONO CELULAR: UN LIBRO ABIERTO Bien, amigos de Saber Electrónica, nos encontramos nuevamente en las páginas de nuestra revista predilecta para compartir las novedades del mundo de la electrónica. Cada vez más frecuentes son los informes de asaltos a jóvenes en los que la “presa preferida” son los teléfonos celulares; a su vez, los noticieros, diarios y revistas de actualidad informan cada vez con más frecuencia sobre secuestros y operaciones delictivas en los que los teléfonos celulares ocupan un lugar preponderante en las investigaciones por parte de las autoridades. También asisto “asombrado” a los comentarios de los supuestos periodistas especializados que suelen comentar que las autoridades policiales no tienen ni la menor idea sobre una investigación determinada y días después deben retractarse de sus dichos… ¿Pretenden que los investi gadores comenten abiertamente sobre su accionar? He aquí entonces, dos aspectos que quiero comentar. Por un lado, es muy fácil saber si un celular ha sido clonado, razón por la cual si la policía tuviera la potestad de pedir un celular a cualquier ciudadano, simplemente con digitar su número de IMEI en una página de Internet se sabe a qué marca y modelo pertenece, cuál es el país destinatario  y a qué operador está vinculado. Por lo tanto me pregunto: ¿no se puede reducir drásticamente el robo de celulares si se toman medidas preventivas  por parte de las autoridades a utoridades policiales?... es tan ta n simple como pedir un documento a un ciudadano cuando las autoridades lo creen conveniente… y, si no están las leyes, entonces hay tarea para los legisladores. Por otra parte, en Saber Electrónica hace más de cuatro años que estamos publicando artículos sobre pericias en telefonía celular y comentamos que recuperar mensajes borrados o localizar el paradero de un móvil no es una tarea de otro mundo. Durante septiembre, en Argentina, el caso Candela ha ocupado grandes espacios en los medios informativos y aquí otra vez los periodistas especializados especulan con que es difícil o imposible  facilitar la investigación desde las pericias a un celular… , entonces me  pregunto: ¿cualquiera dice lo que quiere? Como puede comprender, la mejor manera de dominar un tema es estudiándolo y, en materia de telefonía celular, creemos que tenemos los conocimientos suficientes como para asegurar que un terminal “es un libro abierto” y que solo se debe saber el lenguaje con que se ha escrito, es decir,, se debe tener decir ten er conocimientos sobre “telefonía celular”. Ing. Horacio D. Vallejo

 A RTÍCUL O

DE

T AP A 

Ya hemos publicado más de 50 artículos  relacionados con electrónica automotor, un libro sobre inyección electrónica y 2  textos sobre el sistema OBD II, escáners  e interfaces. Sin embargo, poco hemos  hablado del equipo instalado en el auto-  móvil, encargado de recabar datos de  los sensores y enviar señales a los  actuadores, en base al programa gra-  nado en un microcontrolador. Este  equipo es la denominada computadora  de a bordo o ECU que no sólo controla  el “tren de poder” en base al sistema  OBD II sino que se comunica con los dis-  tintos subsistemas electrónicos del coche. Un vehículo puede tener más de 50 microcontroladores, todos ellos supeditados a la supervisión de la ECU, razón por la cual, conocer su funcionamiento es  de vital importancia. En este artículo sintetizamos qué es una ECU, cuáles son lo bloques que la com-  ponen, qué señales maneja, que diferentes tipos existen y brindamos el circuito de una computadora  genérica, cuyo funcionamiento, programación e instalación será objeto de otra nota.

ECU

LA COMPUTADORA DE LOS AUTOMÓVILES DESCRIPCIÓN, FUNCIONAMIENTO, CIRCUITO ELECTRÓNICO INTRODUCCIÓN La unidad de control de motor o ECU (sigla en inglés de engine control unit ) es una unidad de control electrónico que administra varios aspectos de la operación de combustión interna del motor de un automóvil. Las unidades de control de motor más simples sólo controlan la cantidad de combustible que es inyectado en cada cilindro en cada ciclo de motor. Las más avanzadas controlan el punto de ignición, el tiempo de apertura/cierre de las válvulas, el nivel de impulso mantenido por el turbocompresor, y control de otros periféricos. Las unidades de control de motor determi-

nan la cantidad de combustible, el punto de ignición y otros parámetros monitorizando el motor a través de sensores. Estos incluyen: Sensor Sensor Sensor Sensor

MAP  de posición del acelerador  de temperatura del aire  de oxígeno y muchos otros 

Frecuentemente esto se hace usando un control repetitivo (como un controlador PID). Antes de que las unidades de control de motor fuesen implantadas, la cantidad de combustible por ciclo en un cilindro estaba determinada por un carburador o por una bomba de inyección. Saber Electrónica

3

 Artículo de Tapa FUNCIONES DE LA ECU Las principales funciones de una ECU automotriz son las siguientes: Control de la inyección de combustible: Para un motor con inyección de combustible, una ECU determinará la cantidad de combustible que se inyecta basándose en un cierto número de parámetros. Si el acelerador está presionado a fondo, el ECU abrirá ciertas entradas que harán que la entrada de aire al motor sea mayor. La ECU inyectará más combustible según la cantidad de aire que esté pasando al motor. Si el motor no ha alcanzado la temperatura suficiente, la cantidad de combustible inyectado será mayor (haciendo que la mezcla sea más rica hasta que el motor esté caliente). Control del tiempo de inyección: Un motor de ignición de chispa necesita para iniciar la combustión una chispa en la cámara de combustión. Una ECU puede ajustar el tiempo exacto de la chispa (llamado tiempo de ignición) para proveer una mejor potencia y un menor gasto de combustible. Si la ECU detecta un picado de bielas en el motor, y "analiza" que esto se debe a que el tiempo de ignición se está adelantando al momento de la compresión, ralentizará (retardará) el tiempo en el que se produce la chispa para prevenir la situación. Una segunda, y más común causa que debe detectar este sistema es cuando el motor gira a muy bajas revoluciones para el trabajo que se le está pidiendo al coche. Este caso se resuelve impidiendo a los pistones moverse hasta que no se haya producido la chispa, evitando así que el momento de la combustión se produzca cuando los pistones ya han comenzado a expandir la cavidad. Pero esto último sólo se aplica a vehículos con transmisión manual. La ECU en vehículos de transmisión automática simplemente se Saber Electrónica

4

encargará de reducir el movimiento de la transmisión. Control de la distribución de válvulas: Algunos motores poseen distribución de válvulas. En estos motores la ECU controla el tiempo en el ciclo de motor en el que las válvulas se deben abrir. Las válvulas se abren normalmente más tarde a mayores velocidades que a menores velocidades. Esto puede optimizar el flujo de aire que entra en el cilindro, incrementando la potencia y evitando la mala combustión de combustible. Control de arranque: Una relativamente reciente aplicación de la Unidad de Control de Motor es el uso de un preciso instante de tiempo en el que se producen una inyección e ignición para arrancar el motor sin usar un motor de arranque (típicamente eléctrico conectado a la batería). Esta funcionalidad proveerá de una mayor eficiencia al motor, con su consecuente reducción de combustible consumido. En la actualidad, las ECU de casi todos los automóviles son programables, lo que permite no sólo leer los códigos de error sino modificar parámetros frente a cambios de partes o modificaciones como ser la instalación o cambio del turbocompresor, intercooler, tubo de escape, o cambio a otro tipo de elemento. Como consecuencia de estos cambios, la antigua ECU puede que no provea de un control apropiado con la nueva configuración. En estas situaciones, una ECU programable es la solución. Éstas pueden ser programadas/mapeadas conectadas a un computadora portátil mediante un cable USB, mientras el motor está en marcha. La unidad de control de motor programable debe controlar la cantidad de combustible a inyectar en cada cilindro. Esta cantidad varia dependiendo en las RPM del motor y en la posición del pedal de aceleración (o la presión

 Artículo de Tapa del colector de aire). El controlador del motor puede ajustar esto mediante una hoja de cálculo dada por el portátil en la que se representan todas las intersecciones entre valores específicos de las RPM y de las distintas posiciones del pedal de aceleración. Con esta hoja de cálculo se puede determinar la cantidad de combustible que es necesario inyectar. Modificando estos valores mientras se monitoriza el escape utilizando un sensor de oxígeno (o sonda lambda) se observa si el motor funciona de una forma más eficiente o no, de esta forma encuentra la cantidad óptima de combustible a inyectar en el motor para cada combinación de RPM y posición del acelerador. Este proceso es frecuentemente llevado a cabo por un dinamómetro, dándole al manejador del combustible un entorno controlado en el que trabajar. Algunos de los parámetros que son usualmente monitoreados por la ECU son: Ignición:  Define cuando la bujía debe disparar la chispa en el cilindro. Límite de revoluciones:  Define el máximo número de revoluciones por minuto que el motor puede alcanzar. Más allá de este límite se corta la entrada de combustible.

compensar una pérdida en la presión del combustible. Sensor de oxígeno (sensor lambda): 

Permite que la computadora del auto posea datos permanentes del escape y así modifique la entrada de combustible para conseguir una combustión ideal. Algunas computadoras, sobre todo las de los automóviles actuales, incluyen otras funcionalidades como control de salida, limitación de la potencia del motor en la primera marcha para evitar la rotura de éste, etc. Otros ejemplos de funciones avanzadas son: Control de pérdidas:  Configura el comportamiento del waste gate del turbo, controlando el boost. Inyección Banked:  Configura el comportamiento de el doble de inyectores por cilindro, usado para conseguir una inyección de combustible más precisa y para atomizar en un alto rango de RPM. Tiempo variable de levas: Le dice a la ECU como controlar las variables temporales en las levas de entrada y escape. En la figura 1 mostramos una ECU en la cual se destacan las partes principales.

Correcta tempera-  tura del agua:  Permite la

adicción de combustible extra cuando el motor está frío (estrangulador). Alimentación de  combustible temporal: 

Le dice a la ECU que es necesario un mayor aporte de combustible cuando el acelerador es presionado. Modificador de  baja presión en el com-  bustible: Le dice a la ECU

que aumente el tiempo en el que actúa la bujía para

Computadora con microprocesador msm66589 utilizada en Honda

Saber Electrónica

6

 Artículo de Tapa

Figura 1Componentes principales de una computadora de a bordo.

La EPROM soldada en paralelo con el CPU (en este caso MPU) así como el temporizador se ubican en el mismo PCB (placa de circuito impreso). El temporizador se encarga de regular el tiempo y momento del encendido (de las bujías, no del arranque) en base a los datos enviados por la EPROM o la MPU. El regulador L4947 se encarga de filtrar el ruido de línea que provocan los cables, mas que nada, para no dañar los componentes de la ECU, que son bastante sensible y operan con tensiones y corrientes muy pequeñas. El Decodificador PAL se encarga de identificar y separar las señales de cada sensor y canalizarlas al PIN correcto de la MPU. Los módulos HY1 y HY2 se encargan de limpiar cualquier rastro de interferencia o ruido de los datos de los actuadores (NO de los SENSORES, como en el regulador L4947) mas importantes, se encarga sobretodo de limpiar la señal enviada desde la MPU a los actuadores como el regulador de ralenti (IAC) o los inyectores. CONTROL DE ERRORES Una ECU se equipa con un dispositivo de almacenamiento que graba los valores de todos los sensores para un posterior análisis usando un software especial, ya sea por medio Saber Electrónica

8

de un equipo especial (escáner) o mediante el empleo de una interfase conectada a una PC y una interfase gráfica especial o programa de interpretación de datos. Esto puede ser muy útil para la puesta a punto del vehículo y se consigue con la observación de los datos buscando anomalías en los datos o comportamientos de las ECUs. El almacenamiento de estos dispositivos que graban los datos suele rondar entre los 0.5 y 16 megabytes. Para conseguir la comunicación con el conductor, una ECU puede estar conectada a un “memoria de datos” de a bordo mediante la cual el conductor puede ver las actuales RPM, velocidad y otros datos básicos del motor. Estas zonas de almacenamiento, son mayoritariamente digitales, y se comunican con la ECU utilizando uno de los muchos protocolos entre los que se encuentran RS232, CANbus. Aclaremos que todas las ECUs actuales deben estar bajo normas OBD II. Las Ecus OBD-II son capaces de cambiar su programación a través de un puerto OBD. Entusiastas del motor con coches modernos aprovechan las ventajas de esta tecnolo-

ECU: La Computadora de los Automóviles gía modificando sus motores. En lugar de utilizar un nuevo sistema de control de motor, uno puede utilizar el software apropiado para ajustar la antigua ECU. Haciendo esto, es posible mantener todas las funciones y el cableado mientras se utilizan ciertos programas de modificación de parámetros. Esto no debe ser confundido con el chip tuning, en el que el propietario tiene una ECU ROM físicamente remplazada por una distinta. En este caso no se requiere la modificación de hardware (vea otro artículo en esta edición). FUNCIONAMIENTO DE LA ECU La unidad de control del motor consiste en un procesador de alto rendimiento que determina y ajusta los valores para diferentes funciones de regulación. El microordenador procesa los datos de un programa que está almacenado de forma permanente en el chip de memoria (EPROM). En motores gasolina, la función principal consiste en determinar la cantidad de inyección requerida y la mayor cantidad de inyección posible. La cantidad de inyección depende de la cantidad de aire admitido, dado que la mezcla de aire/combustible tiene que ser exacta para un rendimiento óptimo del catalizador. También hay que deter-

minar el momento en el que se enciende la mezcla comprimida. Si el encendido se produce demasiado tarde, aumenta el consumo; si se produce demasiado pronto, el motor empieza a pistonear. La figura 2 muestra las señales principales presentes en una ECU. En motores diesel modernos, la cantidad de inyección se determina dependiendo de la masa de aire admitido, de la presión del aire, de la temperatura exterior, de las revoluciones y de la carga. Esto es necesario para cumplir las normas sobre las emisiones de gases de escape vigentes. Para vehículos con turbo, es preciso, además, determinar exactamente la presión de admisión y el volumen de admisión del turbocompresor en función de la admisión y de las revoluciones. En base a éstos (diagramas de características), la unidad de control del motor calcula la cantidad de inyección posible o necesaria para una velocidad bajo una carga determinada. Es muy sencillo identificar una ECU. Si tomamos una ECU podremos ver que por un lado trae una calcomanía blanca con un número de serie y un código de barras, ese número de serie es importante porque es allí  donde se encuentra la información que nos va

Figura 2 - Una computadora de a bordo recibe señales de sensores ubicados en el motor o “tren de poder” y, en función de ellas y de un programa interno, entrega señales de actuación.

Saber Electrónica

9

 Artículo de Tapa decir a que coche corresponde la ECU y si el coche es de transmisión manual o automático. Por ejemplo en la figura 3 podemos observar el número de serie de la unidad, en este caso es una “P28” y la siguiente numeración indica que es de transmisión automática. A los efectos de simplificar el entendimiento del circuito completo de una ECU automotriz, resulta particularmente importante, efectuar una división del circuito general en áreas o bloques, con funciones diferenciadas, figura 4.

1) B LOQUE DE ENTRADA: Se denomina bloque de entrada a todos los circuitos que se encuentran como receptores de las diferentes señales que van a ingresar a la ECU y antes de que lleguen al microprocesador. Encontramos en este

sentido, filtros, amplificadores, conversores análogos a digital, comparadores, recortadores, etc. Las señales que va a ingresar al microprocesador, son tratadas por todos estos circuitos. Los circuitos que se encuentren en este "camino hacia el microprocesador" serán los que se denominan “bloque de entrada”.

Figura 3 - Toda ECU posee un número de serie que es único e irrepetible y representa lo mismo que un “número de documento”.

Aparecen así amplificadores, circuitos de potencia con transistores, los denominados drivers o manejadores, etc. Vale decir que son aquellos componentes controlados por el micro que actúan sobre los diferentes periféri-

2) BLOQUE DE PROCESAMIENTO: Se denomina bloque de procesamiento a todo el circuito que desarrolla las funciones programadas y que están constituidos circuitalmente por el procesador, memorias y demás componentes involucrados en la ejecución del software. 3) Bloque de Salida: Así como las señales son tratadas al ingresar, antes de llegar al microprocesador por circuitos previos que se han denominado Bloque de Entrada, existen otros circuitos que se encuentran entre las salidas del microprocesador y los diferentes elementos actuadores. Saber Electrónica

10

Figura 4 - Bloques principales de una ECU.

ECU: La Computadora de los Automóviles cos de potencia, como por ejemplo: bobinas de encendido, inyectores, relés, etc. 4) Bloque de Soporte: Se denomina así al conjunto de componentes que tienen como función alimentar a los circuitos internos mencionados anteriormente. Vale decir lo que constituye la fuente de alimentación de la ECU. Componen este bloque, transistores, diodos, condensadores, reguladores de voltaje, etc. En la figura 4 los bloques típicos son: S1 y S5 son los bloque de entrada y salida. S2 y S3 corresponden a los bloques de  procesamiento. S4 es el bloque de soporte.

Figura 5 - Imagen de una ECU Chrysler SBEC.

Figura 6 - Componentes del afuente de alimentación de la ECU.

UNA ECU POR DENTRO Vamos a describir una ECU Chrysler SBEC de 60 pines. Este sistema comenzó a emplearse a partir de los años 1990 y hasta 1995 en motores que se distinguen por tener señales de referencia y sincronía generadas a través del cigüeñal y el árbol de levas y que también se les asigna el nombre de señales CKP y CMP respectivamente, figura 5. Para entender el funcionamiento de una computadora automotriz podemos representarla por bloques funcionales similares a una computadora personal (de ahí su nombre). Si la entendemos de esa forma podremos diagnosticar y repararlas en caso de estar dañadas. La reparación de estos equipos requiere conocimientos de electrónica básica, electrónica digital, microprocesadores y microcontroladores Empezaremos por la fuente de poder interna, que se caracteriza por diversos factores, uno de ellos es que es una fuente conmutada (switchada). Se identifica por partes robustas que involucran diodos, capacitores, en algunos casos inductores o bobinados, varistores, fusibles, etc. tal como podemos apreciar en la figura 6. El suministro de energía a los distintos circuitos electrónicos dentro del ECM (módulo de control del motor) es vital para su buen funcionamiento, en ella radica la estabilidad y el buen desempeño del vehículo, ya que si los voltajes que genera oscilan por una mala filtración, los componentes “sufren” lo que también ocasiona que varíe su funcionamiento, manifestando fallas múltiples que se pueden reflejar en tironeos, consumo excesivo de combustible, humo negro, fallas intermitentes entre otras. La fuente en este tipo de computadoras presenta la mayoría de las fallas, esto es por que en CHRYSLER la computadora vienen en el motor, por lo que es sometida a condiciones ambientales severas, ente ellas la temperaSaber Electrónica

11

 Artículo de Tapa tura, la cual afecta a los semiconductores y capacitares de tipo radial electrolíticos. Su vida útil es de 10 años y como está montada en autos de 1990 a 1995, en la actualidad pueden llegar a nuestro banco de trabajo para su reparación. Los vehículos que utilizan esta computadora son: Caravan, Towncontry, Voyager con motor  3.0, 3.3 y 3.8. Ram Charger, Ram (2 inyectores) y TBI con  motor 3.9, 5.2 y 5.9. Cherokee 4.0 con inyección MPI. Shadow, Spirit, Lebaron, Ney Yorker, Phantom 2.5 TBI americanos y MPI Nacional.

Figura 7 - Componentes del sistema de encendido de la ECU.

Los bloque que integran esta computadora son: * Sistema de Encendido  * Sistema de Inyección  * Sistema de Control 

Sistema de Encendido Debido a que este tipo de computadoras controlan el sistema de encendido internamente, sus salidas se caracterizan por ser robustas llegando hasta los 12 amperes y con voltajes pico de 900V en fracciones de segundo. En la figura 7 se aprecian los disipadores de calor y las pistas gruesas que llegan al conector. Sistema de Inyección La etapa encargada de sensar y proveer la inyección de combustible está regida por transistores de mediana potencia (menos de 6 amperes) y vienen protegidas por diodos zener, recuerde que la corriente que tiene un inyector no excede los 300mA, por lo que no se precisa un control de mucha potencia. Sistema de Control El funcionamiento está a cargo de los microcontroladores de la placa. En este caso, Saber Electrónica

12

Figura 8 - Los componentes electrónicos de procesamiento de la ECU.

Figura 9 - El mal estado de los elementos de filtro puede ocasionar fallas.

uno de los dos circuitos es el SC415131MFn de Motorola, figura 8. Por último debemos mencionar que el ruido parásito es un factor determínate para el mal funcionamiento de una computadora automotriz, los componentes que lo pueden producir son los dispositivos que cuentan con bobinados, tales como el alternador, bobinas de encendido, partes giratorias del motor, líneas de alimentación, etc.

ECU: La Computadora de los Automóviles

Figura 10 - Diagrama en bloques detallado de una ECU Continental Saber Electrónica

13

 Artículo de Tapa Este ruido produce que la computadora mal interprete las señales y esto repercute en múltiples fallas, como inestabilidad, humo negro, fallas intermitentes, etc. Si se nos presenta alguna falla como las mencionadas anteriormente tendremos que verificar la etapa de filtrado de la ECU, la cual presenta el aspecto de la figura 9. La figura 10 muestra el diagrama en bloques de una ECU marca Continental, modelo EMS-3132. Por ultimo, en la figura 11 brindamos el circuito de una ECU genérica, cuyo diseño explicaremos en otra edición de Saber Electrónica. Como puede entender, este tema es bastante amplio y complejo, razón por la cual ocuparemos varias ediciones de nuestra querida revista para su publicación. Sin embargo, si Ud. no desea aguardar, puede descargar toda la información sobre el armado y construcFigura 11 - Circuito de una ECU cuyo diseño explicaremos en Saber Electrónica ción de la ECU, así  BIBLIOGRAFÍA: como también tips de reparación desde nuesWikipedia  tra web: www.webelectronica.com.ar, http://www.cise.com  haciendo clic en el ícono password e ingrewww.upcommons.upc.edu  www.forosdeelectronica.com (usuraio: Iararich)  sando la clave: “ecuauto”. ☺ Saber Electrónica

14

ISSN: 1514-5697 - Año 12 Nº 142 - 2012   Argentina: $7,90  - Recargo Interior: $0,50 

C ÓMO D ESCARGAR

EL

CD E XCLUSIVO PARA L ECTORES

DE

S ABER E LECTRÓNICA

CD: Curso de Microcontroladores PICAXE

volumen 2

Editorial Quark SRL, Saber Internacional S.A. de C.V., el Club SE y la Revista Saber Electrónica presentan este nuevo producto multimedia. Como lector de Saber Electrónica puede descargar este CD desde nuestra página web, grabar la imagen en un disco virgen y realizar el curso que se propone. Para realizar la descarga tiene que tener esta revista al alcance de su mano, dado que se le harán preguntas sobre su contenido. Para realizar la descarga, vaya al sitio: www.webelectronica.com.ar, haga clic en el ícono password e ingrese la clave “CD-1175”. Deberá ingresar su dirección de correo electrónico y, si ya está registrado, de inmediato podrá realizar la descarga siguiendo las instrucciones que se indiquen. Si no está registrado, se le enviará a su casilla de correo la dirección de descarga (registrarse en webelectronica es gratuito y todos los socios poseen beneficios). Introducción Una vez que Ud. haya estudiEn nombre de la revista Editorial ado este segundo nivel del Quark, de la revista Saber  Curso de PICAXE, y quiera Electrónica y del Club SE, le montar equipos más sofisticadamos la más cordial biendos, le sugerimos que adquiera venida y lo invitamos a comparel CD multimedia "Proyectos tir este nuevo producto multimecon PICAXE segundo Nivel," dia. Sabemos que los PICAXE donde se encuentran una serie son PICs DELUXE, y que hay de circuitos de amplia utilidad, PICAXE de gama baja, media y tanto en la industria como en el alta. En la primer parte del hogar. Curso, Curso de PICAXE Nivel Gracias por Elegirnos 1, aprendimos a trabajar con los PICAXE de gama baja, es decir  Importante: Este CD contiene los PICAXE 08. Con este proprogramas que deben ser actiducto, que es la segunda parte, vados estando conectados a Ud. aprenderá a trabajar con Internet, para ello deberá tener  PICAXE 18, y con otros de a mano el número de holograma Gama superior como el 28 y 40. que se encuentra en la portada Tenga en cuenta que los del producto. PICAXE 18, tienen más memo-  Además , con dicho número, ria, un puerto de comunicapodrá bajar información adiciones, y entradas y salidas cional. Deberá ingresar a analógicas, con lo cual va a www.webelectronica.com.ar, poder realizar un sinfín de funhacer click en el ícono password ciones especiales de forma e ingresar la clave cdpicaxe2 ordenada. Para este fin este producto se divide en 4 1) Teorìa Curso de PICAXE Nivel 2 Módulos. LECCION 1: Módulo 1, donde se encuentra LA NUEVA FORMA DE PROGRAtoda la teoría necesaria para MAR UN PIC que comience a trabajar con los LECCION 2: PICAXE 18, a través de una UTILITARIO GRATUITO placa entrenadora específicaLECCION 3: mente preparada para que Ud. TARJETA ENTRENADORA aprenda sin dificultad, siga paso PICAXE 08 DESARROLLO Y a paso las instrucciones que PROYECTOS damos en este módulo teórico, LECCION 4: respete el orden de las lecTARJETA ENTRENADORA ciones. PICAXE 18 DESARROLLO Y En un 2º Módulo encontrará una PROYECTOS serie de Guías Prácticas, alguLECCION 5: nas en español y otras en PLC DE 5 ENTRADAS Y 8 SALIinglés, a los efectos de que proDAS fundice sus conocimientos LECCION 6: sobre Microcontroladores PROGRAMACION DEL PLC PICAXE. En el 3º Módulo, encontraremos LECCION 7: SISTEMA DE ALARMA DOMICILuna serie de Video Clips con los cuales va a aprender a trabajar  IARIA INTELIGENTE con determinados proyectos específicos, como ser de MiniMàs Bibliografìa Robótica o PLC. Recomendada En el 4º Módulo hallará una Còmo Programar el PICAXE18 serie de programas y archivos El Editor de Programas y necesarios, para realizar sus Programador  prácticas y algunos proyectos Guìa Pràctica para avanzados con Construcciòn de Mascotas Microcontroladores PICAXE, Manual de Uso y Programaciòn

Saber Electrónica

16

de PICAXE18 Manual de Uso y Programaciòn de PICAXE28 Manual PICAXE 2 Manual PICAXE 3 Programación Assembler de PIC Proyectos con PICAXE de Gama Media Timbres y Zumaba con PICAXE

2) Guìas Pràcticas  Asapta dores y Buffers para PICAXE Datos de Utilidad para el Microrrobot El assembler de PICAXE Interfases para Trabajar con PICAXE Màs Sobre Assembler  Sugerencias y Ayuda Todo Sobre Eduacion Revolution acrobat bitbybit chipfact croctech datasheets 12f629 12f683 16f627 16f627a 16F819 16f84a 16f870 16f872 16f873 16f87xA 24lc16b 24LC256 8pinkit_flier   AXE001  AXE001_assembler   AXE001_bas2ass  AXE001_basic_commands  AXE001_content  AXE001_faq  AXE001_flowcharts axe001_helpstart  AXE001_install  AXE001_manual  AXE001_mode axe001_pcb  AXE001_pic_electronics  AXE001_pinout axe001_programmer 

 AXE001_stamp2pic axe001_techfaq axe001_xparts axe002 axe002_manual axe002_tutorial axe003 axe003_manual axe003_mpart axe003_music  AXE020 axe020_print axe021  AXE023 axe025  Axe030 axe030_print axe033 axe033_print axe040 axe040_print axe060  AXE080 axe090  AXE100  AXE101 axe101cf   AXE102  AXE102CF  AXE103  AXE103CF axe104 axe105  AXE105CF axe106 axe110 axe110_datalink axe110_i2c axe111 axe120 axe121 axe122 BAS120 BAS800 bas810 bas810_print BAS900 CasedBBB cf_flier  cf_pricelist CHI001 chi001_8_faq chi001_faq chi001_flier  chi001_kits CHI001_manual CHI001_upgradefaq CHI007 chi007_print

chi008 chi008_print CHI009 CHI009_print chi010 CHI010_print chi020 CHI030 chi040 chi040_print CHI060 Documentos axe101 axe102 axe103 axe104 images newwave pcbwiz27 progedit projects  Alarm Clock Buggy Cyberpet Datalogger  Electronic Dice Fish Tank Heater  iButton TV Lock Infrared Controlled Buggy Keypad Lock Remote Greenhouse Monitor  Servo Robot Arm Simon Says Game Snooker Scorer  smrtcard sp03 techcad tunes usb_drivers installation 3) Videos Introduccion a la Programacion avanzada con PICAXE La unidad Central de Proceso. El PICAXE 18A Teoria Sobre PLCs

4) Programas Demo Bright Spark Demo Control Studio Demo Livewire Demo PCB Wizard Programing Editor  smrtcard nivel 2 sp03 para PICAXE 28

 A UTO ELÉCTRICO

Diagnóstico de una ECU sin Escáner Ni Interfaz Cuando la lámpara “check Enghien” o “MIL” de un  automóvil se enciende, es señal de que algo anda  mal, la computadora del coche (ECU) detectó una  anomalía y el técnico debe diagnosticar el sistema  OBD II para saber cuál es la falla. Sabemos que con  un escáner o con una interfaz y una PC es posible  leer los códigos de error de la ECU con el fin de  poder arreglar la anomalía pero, cuando no se cuen-  ta con un equipo especializado, también se puede  realizar un diagnóstico manual. En este artículo  enseñamos como diagnosticar una ECU con proto-  colo CAN, con la ayuda de un multímetro y un clip de los usados para sujetar hojas de  papel. Agradecemos a vauxhallclub.com.mx por la información suministrada e invita-  mos a los lectores a visitar su portal para más detalles sobre electrónica automotor. Informe de Ing. Horacio D. Vallejo 

LA UNIDAD DE CONTROL ELECTRÓNICO DE UN VEHÍCULO

Esta sección esta conformada por un “Chip” y una EEPROM

ponente podrá rebasar los límites preestablecidos y con ello, obte(Electrically Erasable Programmable ner una mayor “performance” de La ECU es la Unidad Read-Only Memory) que integra los un auto, básicamente es eso lo Controladora del motor (Engine códigos, rangos y métricas a las que un chip deportivo persigue y Control Unit) de un automóvil y que se deberán apegar los dispo- muchas veces se lo sustituye como su nombre lo dice, se sitivos conectados a la computa- mediante técnicas de tuning que encarga de manipular los senso- dora. más adelante explicaremos. res y actuadores del motor para El chip es un microcontrolador que este realice el proceso de que viene originalmente con los CÓMO IDENTIFICAR LOS combustión. rangos de control señalados bajo ERRORES ALMACENADOS Esta unidad esta conformada la especificación del fabricante y básicamente por 3 secciones: apegados a la norma internacioEN LA ECU nal. Pero puede ser reprogramaSección de control  do o sustituido por uno que Si no se cuenta con un escáBloque de señalización  amplíe los rangos ya señalados. ner, en muchos vehículo es posiSistema de conversión y refe-  El chip también se encarga de ble verificar cuáles son los códirencia  establecer el control de velocidad gos de error OBD II con la ayuda máxima, revoluciones, inyección de un multímetro. Es decir, utiliLa de control, es la que se y estabilidad en la mezcla aire- zando un multímetro podemos encarga de manipular a las combustible. saber, de manera fácil y sin escádemás que, a su vez, manejan Se puede deducir fácilmente ner, los errores que se presentan dispositivos y señalizan fallas. que al alterar o sustituir este com- cuando aparece la luz de “check Saber Electrónica

17

 Auto Eléctrico

engine” lo cual facilita y economiza el diagnóstico de nuestro auto. En principio vamos a proporcionar información relevante al respecto de los estándares para la interpretación de códigos de error en la inyección electrónica. CÓDIGOS DE ERROR OBD2

Como ya dijimos en varios artículos, OBD2 es el estándar más frecuente en la obtención de códigos provenientes de la ECU (Engine Control Unit) y sus siglas significan “On Board Diagnostics” generación 2. Muchos Chevrolet, desde su Saber Electrónica

18

fabricación en América Latina, cuentan con OBD2 por lo cual enfocaremos nuestros comentarios en esta generación y no en la anterior OBD1. Únicamente señalaremos que la diferencia básica entre una y otra es el control integral de las emisiones que incluyen diagnostico del catalizador. El estándar SAE J2Q12 define un código de 5 dígitos en el cual cada dígito representa un valor predeterminado. Todos los códigos son presentados de igual forma para facilidad del mecánico. Algunos de éstos son definidos por este estándar, y otros son

reservados para uso de los fabricantes. El código tiene el siguiente formato: YXXXX (ej, P0308) Donde Y, el primer dígito, representa la función del vehiculo: P -  Electrónica de Motor y  Transmisión (Powertrain). B - Carrocería (Body). C - Chasis (Chassis). U - No definido (Undefíned).

El segundo dígito índica la organización responsable de definir el código,

Diagnóstico de una ECU sin Escáner Ni Interfaz 0 -  SAE (código común a  1 y 2 - Control de aire y com-  todos las marcas). bustible. 1 -  El fabricante del vehículo  3 - Sistema de encendido. 4 - Control de emisión auxiliar. (código diferente para distintas  5 -  Control de velocidad y  marcas). ralentí. 6- ECU y entradas y salidas. El tercer dígito representa una 7 - Transmisión. función especifica del vehiculo: 0 - El sistema electrónico com-  pleto.

El cuarto y quinto dígito están relacionados específicamente

con la falla. Entonces el código P03Q8 indica un problema en la electrónica de motor (P), definido por SAE (0) y común a cualquier vehiculo, relacionado con el sistema de encendido (3), y falla en el cilindro #8 (08). IMPORTANTE: puede haber códigos de falla almacenados en la ECU que no activen la MIL (luz de indicación de avería). Cuando se produce un fallo relativo a emisiones, el sistema OBDII no solo registra un código, sino que también registra una instantánea de los parámetros de operación del vehiculo (estado de los sensores) para ayudar a identificar el problema (freeze frame, explicado anteriormente). Si desea conocer más acerca de los códigos de falla de las distintas marcas lo invitamos a visitar el sitio en Internet http://www,troublecodes.net donde encontrará programas para escáner, códigos, tips para niveles de regulación ambiental y otros temas relacionados. En la tabla 1 brindamos un detalle de los códigos de error más importantes. DIAGNÓSTICO DE UNA ECU SIN ESCÁNER ¿Qué es un escáner? 

Tabla 1 - Códigos de error en OBD II.

Un escáner es un dispositivo electrónico de medición capaz de interactuar con la ECU (computadora del vehículo) para realizar diagnósticos de falla, reinicio de valores y rutinas de mantenimiento y calibración. Cuando se enciende la lámpara de “check Enghien” o “MIL” es necesario realizar un diagnóstico con escáner para determinar la causa raíz de la falla. Sin embargo, para salir de un apuro, cuando no se tiene un escáner o una Saber Electrónica

19

 Auto Eléctrico

Figura 1 - Quite la tapa de la fusiblera para  descubrir el conector OBD II.

interfaz, se puede ejecutar este procedimiento en forma manual, lo que permite obtener los códigos de la ECU en un lenguaje de pulsos luminosos que podemos interpretar, y con ellos cotejar la tabla antes mencionada. Este procedimiento no es tan preciso como el que realiza un escáner o una interfaz, pero es capaz de detectar fallas comunes presentes en el motor. La idea consiste en contra cuántas veces prenden y apagan las luces del tablero cuando efectuamos el procedimiento correcto, para obtener los códigos OBD II. Para obtener los códigos de error mediante pulsos luminosos en un Chevy, por ejemplo, debe seguir los siguientes pasos:

Para el Chevy C2 este conector está debajo de la columna del volante, tal como se puede observar en la figura 2. La imagen muestra también cuáles son los tornillos que tiene que quitar en caso de que se quieran cambiar luces de tablero, colocar luces antiniebla, etc.

Figura 2 - Vista del conector OBD II  en un Chevy 2.

Paso 3 Estando la llave de encendido del coche en posición de apagado y con Paso 1 la ayuda de un mulCon el auto apagado quite la tímetro, colocamos tapa donde se albergan los fusi- la terminal negativa bles, con la intención de tener a tierra, mientras Figura 3 - Con un multímetro puede  acceso al conector OBDII, figura que la terminal verificar si la ECU envía pulsos. 1. positiva se conectará en la cavidad 3 de arriba hacia res del tablero) y en el multímetro Paso 2 abajo de la hilera izquierda (tren deberemos medir 12V. El conector OBDII tiene forma de pulsos, que corresponde al pin Paso 4 de trapecio. En él podemos Nº 6 del conector), figuras 3 y 4. Hecho lo anterior, y con la observar 16 cavidades con cone- Colocamos la llave de encendido xiones que permiten enchufar la en la posición de contacto (hasta llave de arranque del vehículo en interfaz con el escáner. donde se encienden los indicado- posición de apagado, tomamos Saber Electrónica

20

Diagnóstico de una ECU sin Escáner Ni Interfaz

Figura 5 - Para hacer el puente, utilizamos un clip.

contactos 5 y 6 del conec- mos determinar la causa de la(s) tor OBD II. falla(s). Después de corregida la falla, Paso 5 siempre se recomienda correr Con el puente instalado, una rutina de “reinicio” que incorgiramos nuevamente la pora el escáner, en este caso por un clip de los usados para las jun- llave de arranque a la posición de tratarse de un procedimiento sin tar hojas de papel, lo doblamos o contacto, donde se ilumine el escáner esto se realizará descoacondicionado como se muestra tablero, y veremos que empeza- nectando la batería por un períoen la figura 5 y lo insertamos rán a aparecer pulsos en el indi- do de 5 minutos. entre las cavidades representa- cador de "check engine", donde Este método puede empleardas en la ilustración de la figura los pulsos largos son decenas y se en cualquier vehículo con pro6, haciendo un puente entre los los cortos unidades. Iniciarán los tocolo CAN (en general en el códigos de manual del auto dice qué proto“modo diag- colo maneja). Para saber si su nóstico” (1 a auto maneja protocolo CAN, sim11) y poste- plemente verifique que el conecriormente los tor OBD II tenga cables conectac ó d i g o s dos en los terminales 4 y/o 5, 6, correspon- 14 y 16. dientes a la Aclaramos que no en todos falla. los vehículos con protocolo CAN podremos obtener un diagnóstico Figura 6 - Detalle del puente con el clip. de la ECU sin escáner o interfaz, Nota: depende del tipo de ECU que Los códigos posea. Además, en algunos obtenidos a casos, en lugar de mostrar el través de código mediante el encendido este modo sucesivo de la lámpara “check deberán ser Enghien”, el código se manifiesta c o t e j a d o s encendiendo las luces del tablecon la tabla ro. de códigos En próximas ediciones explide error caremos otros métodos de diag(tabla 1), y nóstico manual para vehículos Figura 7 - Contando los destellos de la lámpara  así podre- que utilizan otro protocolo. J “check engine” se puede saber el código de error  Figura 4 - Para hacer un diag-  nóstico en una ECU con proto-  colo CAN debe hacer un puente  entre las patas 5 y 6 del conec-  tor OBD II del vehículo.

Saber Electrónica

21

M O N T A J E

Con el LM3914 es posible construir una escala de punto móvil  similar a la presentada en Saber Nº 4 con nuestro viejo conocido UAA170, con la ventaja de presentar un mejor desempeño cuando hay una variación de potencia considerable en la señal  aplicada a la entrada. Aprovechando esta característica diseñamos un voltímetro a escala luminosa empleando un sensor de temperatura de la familia LM35. . Por Ing. Horacio Daniel Vallejo [email protected] 

TERMÓMETRO DE PRECISIÓN CON ESCALA LUMINOSA La Escala Luminosa Las aplicaciones propuestas por los fabricantes del circuito integrado LM3914N en sus Manuales de Componentes son variadas, incluso, hemos propuesto algunos artículos en otras ediciones de Saber Electrónica. Este circuito integrado está diseñado para mostrar una "escala de tensiones" mediante un con junto de diodos emisores de luz. Posee un divisor de tensión y diez comparadores que se encienden en secuencia cuando se eleva la tensión de entrada. Este hecho se utiliza para “amplificar y comparar” una señal de audio conectado a su entrada. Para el funcionamiento, se debe colocar en la entrada (J1) la salida de cualquier amplificador de Saber Electrónica

22

audio con una potencia superior a 100mW (se conecta directamente al parlante). En el circuito de la figura 1, D1 es un rectificador que cambia la señal de audio alterna a una señal DC que luego es filtrada por C1 para obtener un nivel constante correspondiente al pico de la señal de audio de entrada. En la porción de "nocarga" de la señal de media onda, R2 descarga al capacitor C1. Dado que R2 es ajustable, el promedio de descarga de C1 puede ajustarse hasta compatibilizar nuestro detector con las características de audio de la radio particular que está siendo usada. El promedio de descarga puede  variar entre casi unas décimas de segundos a  varios segundos. La señal de audio mantendrá estable esta ten-

Termómetro de Precisión con Escala Luminosa

Figura 1 - Barra luminosa a Leds con el LM3914.

Figura 2 - Impreso de la barra de Leds con el LM3914.

sión sobre C1 con alguna fluctuación (mientras el audio también fluctúe). Cuando el pulso de un rayo haga ondular la radio, el proceso de carga de C1 será más rápido que el de su descarga. En este caso, la tensión sobre C1 se aplicará a IC1 y esto se traducirá en el nivel de corriente mostrado en los LEDs. Dado que IC1 puede mostrar un nivel de tensión como una "barra" de LEDs o como un simple punto móvil, S1 se usa para seleccionar entre los dos modos de muestra. La alimentación puede hacerse con cualquier tensión comprendida entre 6V y 18V, se alimentará con una batería de 9V o con la propia fuente Saber Electrónica

23

Montaje de la radio. El circuito es muy simple, y puede ser construido en una placa de circuito impreso como la mostrada en la figura 2. El tamaño de los LEDs y sus colores dependerán de la preferencia personal del constructor. En la figura 3 se reproduce el impreso “invertido” por si Ud. desea construir su placa empleando pertinax presensibilizado. Recuerde que trabajar con placas de circuito impreso vírgenes presensibilizadas le permitirá construir el circuito impreso con poco esfuerzo, sin necesidad de tener que “dibujar” con marcador permanente las pistas donde deberá quedar el cobre. El método de fabricación de impresos se muestra en el montaje del controlador de motores paso a paso dado en esta misma edición. Para emplear el circuito como juego de luces, debe colocar la llave en la posición correspondiente a “punto luminoso” y colocar y excitar un TIC226D por medio de un cable conectado entre el terminal 11 del integrado con su unión con el cátodo de D11 (vea la figura 4). Por otra parte, si desea utilizar el vúmetro para que funcione con potencias más bajas, a la

Lista de materiales del circuito de la figura 1

IC1-LM3914N - Circuito integrado para lectura de barras de leds de punto móvil (similar a nuestro viejo conocido UAA170) D1- OA91 o similar - Diodo de germanio LEd1-LED10 - Díodos emisores de luz (ver texto) R1 - 680Ω R2 - Potenciómetro lineal de 1M Ω R3 - 12kΩ C1 - 22µF - Capacitor electrolítico de 25V C2 - 100nF - Capacitor cerámico. S1 - Llave inversora simple

Varios Zócalo para montar el integrado, batería de 9 volt (ver texto, gabinete para montaje, placa de circuito impreso, perilla para el potenciómetro, cables, estaño, componentes accesorios en caso de querer montar el juego de luces audiorrítmicas (ver texto) o para aumentar la sensibilidad de entrada (ver texto), etc.

Figura 4 - Etapa para luces de potencia.

Figura 5 - Si quiere emplear la barra luminosa con luces de mediana o baja potencia, puede emplear transistores de menor potencia como el BC548. Figura 3 - Circuito impreso invertido de la barra de leds.

Saber Electrónica

24

Termómetro de Precisión con Escala Luminosa entrada debe colocar un transistor BC548 como el mostrado en la figura 5. Para obtener diferentes efectos puede conectar el cable que hemos marcado con la letra “A” en el circuito de la figura 1 a otras patas del integrado conectadas a leds, ésto le ayudará también a obtener variantes cuando quiera emplearlo como juego de luces audiorrítmicas.

EL TERMÓMETRO

Figura 6 - Circuito del termómetro con escala luminosa.

En la figura 6 mostramos el circuito completo de un termómetro que emplea integrados como el que acabamos de describir. El sensor de temperatura de nuestro termómetro electrónico es el LM35DZ que mide desde 0°C hasta 100°C con salida apta para barras gráficas. Nuestro circuito mide temperaturas entre 10ºC y 39ºC con precisión. Para un correcto funcionamiento, los valores de tensión de cada punto se muestra en el circuito; se deben ajus-

Saber Electrónica

25

Montaje tar a 90mV, 190mV, 290mV y 390mV mediante el uso de potenciómetros multivuelta. Este ajuste determina el rango de los valores mostrados para cada pantalla de barra de leds. Por ejemplo, en este caso se muestra en la primera pantalla o barra los valores de 10°C a 19°C, la segunda pantalla muestra de 20°C a 29°C y así sucesivamente. Se puede utilizar una batería de 9V para la alimentación. En esta situación, el circuito funciona correctamente hasta que la tensión de la batería disminuya a 4V. El consumo de corriente depende del número de LEDs encendidos. Cada Led puede consumir 5mA, de modo que al estar todos los de una barra encendidos el consumo llegará a 80mA. Puede armar el termómetro en una placa de circuito impreso como la mostrada en la figura 7, tenga en cuenta que sobre la placa deberá realizar algunos puentes, como los que se muestran en la parte del medio de dicha figura. ☺

Figura 7 - Circuito impreso del termómetro de precisión.

Saber Electrónica

26

M O N T A J E  Presentamos dos circuitos que pueden ser  empleados en gran cantidad de aplicaciones, desde robótica hasta sistemas de control industriales. Se trata de equipos que detectan la proximidad de un objeto y  actúan en consecuencia. El primer circuito es una modificación del clásico detector por  ultrasonidos sugerido por varias empresas y  ampliamente difundido mientras que el  segundo hace uso de fotorresistencias para conseguir el efecto deseado. Aclaramos que si bien ya publicamos estos circuitos en Saber Electrónica, realizamos variantes para aumentar el potencial de uso.. Por Ing. Horacio Daniel Vallejo [email protected] 

DETECTORES

DE

PROXIMIDAD l primer circuito que presentamos se muestra

permite descartar el uso de osciladores y demás

en la figura 1 y sirve para estudiar el compor-

circuitos. De esta manera, si se colocan tanto Tx 

tamiento de los ultrasonidos, para saber

como Rx apareados y apuntando a la misma

como funcionan los sensores y para incentivar la

dirección, la realimentación sólo se producirá

inteligencia en aplicaciones de robótica.

cuando los transductores estén cerca de algún

E

Se trata de una modificación del circuito publi-

objeto de manera que la señal emitida por el Tx es

cado en el tomo Nº3 del Club Saber Electrónica y 

captada por el Rx, produciéndose una señal que

también presentado en “electgpl.blogspot.com”.

se aplica a un detector de AM formado por D2 y 

La primera etapa consta de un receptor de ultra-

C2 que hace cambiar de estado al transistor Q3,

sonidos conectado amplificador Q1 cuya salida

activando así al relé.

se aplica a una segunda etapa de amplificación (Q2) que cumple dos funciones, por un lado sirve

Los contactos del relé serán conectados al circuito que queramos controlar.

para alimentar al transmisor de ultrasonidos y por

Cuando se alejan los transductores del objeto, la

el otro alimenta a la etapa actuadora. Esta

realimentación de ultrasonidos desaparece, la

segunda etapa tiene al transmisor como un sis-

señal de salida de Q2 cae a un mínimo y el relé

tema de “realimentación” de ultrasonidos lo que

 vuelve a su estado de reposo. Saber Electrónica

27

Montaje

Figura 1 - Circuito detector de proximidad por ultrasonidos.

En la figura 2 se tiene la placa de circuito impreso sugerida para este montaje y en la figura 3 una imagen de un prototipo sugerido en  www.electgpl.blogspot.com. Si no consigue transductores de ultrasonido (comunes, de pequeña potencia), puede emplear un micrófono de electret (Tx) y un buzzer pequeño (Rx) con lo cual se pueden detectar

objetos con distancias desde 2mm hasta un par de centímetros, dependiendo de los componentes empleados. El segundo circuito además de detectar la pro ximidad de un objeto puede ser usado como detector de movimiento que puede ser empleado tanto en sistemas de alarma como en aplicaciones de robótica por ser muy económico y 

Figura 2 - Circuito impreso detector de proximidad por ultrasonidos.

Saber Electrónica

28

Detectores de Proximidad Lista de materiales del circuito de la figura 1 Q1, Q2, Q3 - 2N3904 - transistores NPN de uso general. Pueden ser reemplazados por BC548B. D1, D2, D5 - 1N4148 - Diodos de uso general D3 - Diodo Led de 5mm color verde D4 - Diodo Led de 5mm color rojo R1 - 470kΩ R2 - 4,7kΩ R3 - 220Ω R4 - 470kΩ R5 - 2,2kΩ R6 - 150kΩ

Figura 3 - Detalle de una placa armada del detector de proximidad con transductores de ultrasonido

fácil de adaptar. Tenga en cuenta que la mayoría de los circuitos que detectan el paso de una persona emplean sensores piezoeléctricos, pirométricos, Leds, etc. y todos ellos suelen poseer un ajuste

R7 - 470Ω R8 - 1kΩ C1 - 330pF - Cerámico C2, C3 - 100nF - Cerámico C4 - 10nF - Cerámico Tx - Transductor de ultrasonido o buzzer Piezoeléctrico Rx - Transductor de ultrasonido o micrófono de electret

SW1 - Interruptor simple

Varios Placa de circuito impreso, batería de 9V, conector para batería, cables, estaño, etc.

complicado cuando forman parte de un sistema de alarma. Basándonos en un proyecto anterior, adaptamos el circuito para un mejor desempeño que produce la conmutación de un relé y da un aviso sonoro cuando se detecta un desequilibrio de luz. No se confunda… ¡no es un simple detector de cambio de intensidad lumínica! Si el espacio que se está monitoreando para establecer el pasaje de una persona es interrumpido, aunque sea por un escaso tiempo, el circuito de detección lo percibe y la alarma se acciona. En ocasiones la instalación y calibración de los dispositivos se tornan un tanto complicadas, ya que se necesita un perfecto ajuste óptico entre el emisor y el receptor. También habrá que tomar en

Figura 4 - Detector de proximidad o de presencia con LDR.

Saber Electrónica

29

Montaje cuenta la cantidad de luz que el ambiente tiene, para realizar la calibración conforme con el nivel de luz que haya en el lugar. Un tercer problema radica en que el circuito suele ser caro y hasta complicado de armar. El circuito que proponemos puede ser usado en ambientes cerrados o al aire libre, sin necesidad de tener que calibrar un transmisor, funciona con cualquier nivel de luminosidad, y dispara un sistema sonoro cuando se detecta el pasaje de un objeto. Además el circuito es fácil de armar y  posee un consumo muy bajo. El principio de funcionamiento es sencillo, dado que detecta cambios en la iluminación del ambiente. Utiliza dos sensores ópticos que detectan el “contraste” de los niveles luminosos vistos por esos dos ojos, lo que le brinda una sensibilidad bastante alta. Una ventaja del equipo consiste en que se requieren solamente dos ajustes, luego de los cuales puede funcionar en cualquier ambiente. En la figura 4 vemos el esquema de nuestro detector, que emplea dos circuitos integrados: un operacional 741 y un temporizador 555. El operacional funciona como comparador, recibe las dos entradas y las señales procedentes de los sensores ópticos. La calibración del sistema de detección se realiza por la regulación de una red simple de resistencias. Si se detectara alguna modificación, aparece un pulso en la salida del operacional (pata 6), el que se envía a un oscilador monoestable formado por el clásico 555, cuya salida se aplica a un buzzer piezo-eléctrico de alta eficacia sonora durante el período de temporización (10 segundos aproximadamente, de acuerdo con los valores dados en el circuito). Al mismo tiempo, el transistor Q1 se satura y produce el cambio de estado de un relé que podría activar el cierre de una puerta, el movimiento de un micromotor, etc. El buzzer es un resonador de estado sólido con terminales polarizados, funcionará con una ali-

Saber Electrónica

30

Figura 5 - Circuito impreso del detector de proximidad (presencia) con LDR.

mentación de 3 a 30V con corrientes muy pequeñas. Para un buen funcionamiento, conviene colocar los LDR en sendos tubos opacos de 5 mm de diá-

Detectores de Proximidad Lista de materiales del circuito de la figura 4 CI1 - Circuito Integrado TL071, o cualquier operacional con entrada Fet. CI2 - Circuito Integrado temporizador 555 R1, R2 - LDRs de cualquier tipo. R3, R4 - 10kΩ R5 - 470kΩ R6 - 1kΩ VR1 - Trimpot de 25k Ω

metro por 3 cm de largo, los cuales se deben enfocar en la dirección en la que se desee detectar el movimiento. El montaje se puede realizar en una placa de circuito impreso como la mostrada en la figura 5. Para ajustar el equipo debe colocar los dos trimpots en posición central, conecte la alimentación  y espere 5 segundos para que la alarma sonora dispare. Recuerde que el funcionamiento se basa en la comparación entre dos niveles, si hay necesidad la alarma funcionará con dos tubos que estén centrados en dos direcciones diferentes.

VR2 - Trimpot de 250k Ω C1, C3 - 0,1µF - Cerámico C2 - 10µF x 25V - Electrolítico. Buzzer - Buzzer piezoeléctrico.

Varios: Placa de circuito impreso, gabinetes para montaje, batería de 9V y conector, tubos opacos para los sensores, interruptor simple, etc.

Para controlar varios ambientes al mismo tiempo, bastará con colocar varios conjuntos sensores en paralelo, conectarlos mediante cables blindados. Cuando todo está ajustado y equilibrado, cualquiera de los pares de ojos hará funcionar la alarma. Por último, en la figura 6 se reproduce el circuito de un detector de proximidad con fotodiodo y  fototransistor por infrarrojos. El par detector-transmisor se puede reemplazar por un acoplador óptico como el CYN70. El CNY70 es un sensor óptico reflexivo que tiene

Figura 6 - Detector de proximidad con sensores infrarrojos.

Saber Electrónica

31

Montaje una construcción compacta donde el emisor de luz y el receptor se colocan en la misma dirección para detectar la presencia de un objeto utilizando la reflexión del infrarrojo sobre el objeto. Es uno de los sensores que más se suele usarse para los robots seguidores de línea. El fotodiodo se encarga de emitir luz, cuya intensidad es función de la resistencia que se ponga en serie con él y la tensión a la que se alimente. El fototransistor se encarga de recibir esta luz cuando se refleja sobre alguna superficie, y dependiendo de la cantidad de luz recibida trabaja en sus distintas regiones y  pasa más o menos intensidad por él. Por lo cual, se puede detectar distintas superficies en función de la luz que reflejen, y así es como seguimos una línea negra sobre un fondo blanco, o viceversa. Cuando el sensor se encuentre sobre la parte negra (la línea) esta absorberá gran parte de la luz emitida por el diodo, por lo que nuestro transistor estará en corte y apenas tendremos intensidad a través de éste; cuando el sensor se sitúa sobre una superficie blanca, gran parte de la luz emitida por el diodo será reflejada al fototransistor, pasando éste de su región de corte a la activa o saturación y teniendo una intensidad bastante mayor. En la figura 7 se muestra el principio de funcionamiento en un robot sigue líneas, el led infrarrojo ilumina la pista, si lo hace sobre una zona blanca el EDITORIAL QUARK S.R.L. Propietaria de los derechos en

Figura 7 - El sensor infrarrojo CNY70.

reflejo hace que el fototransistor se sature, mientras que si el fotodiodo ilumina a una zona negra no habrá reflejo y el fototransistor estará c ortado. ☺

Jefe de Producción José Maria Nieves (Grupo Quark SRL)

castellano de la publicación mensual

SABER ELECTRÓNICA

Staff Alejandro Vallejo Liliana Vallejo Fabian Alejandro Nieves Grupo Quark SRL

Grupo Quark SRL San Ricardo 2072, Capital Federal (1273) TEL. (005411) 4301-8804

EDICION ARGENTINA Nº 141 FEBRERO 2012

Publicidad Alejandro Vallejo Editorial Quark SRL (4301-8804)

Director Ing. Horacio D. Vallejo Redacción Grupo Quark SRL

Web Manager - Club SE [email protected]

Saber Electrónica

32

Distribución: Capital: Carlos Cancellaro e Hijos SH, Gutenberg 3258 - Cap. Interior: Distribuidora Bertrán S.A.C., Av. Vélez Sársfield 1950 - Cap.Fed. Uruguay:RODESOL: Ciudadela 1416 Montevideo.

-

Impresión: Impresiones Barracas . Cap. Fed. Bs. As. La Editorial no se responsabiliza por el contenido de las notas firma-  das. Todos los productos o marcas que se mencionan son a los efec-  tos de prestar un servicio al lector, y no entrañan responsabilidad de  nuestra parte. Está prohibida la reproducción total o parcial del mate-  rial contenido en esta revista, así como la industrialización y/o comer-  cialización de los aparatos o ideas que aparecen en los mencionados  textos, bajo pena de sanciones legales, salvo mediante autorización  por escrito de la Editorial.

M A N U A L T É C N I C O “PICAXE” es un sistema de microcontroladores fácil de programar, ya sea usando diagramas de flujo o empleando lenguaje BASIC, el cual la mayoría de las  personas puede aprender rápidamente. En Saber Electrónica  Nº 211 comenzamos a  publicar artículos sobre estos microcontroladores y, desde entonces, se han vuelto componentes muy importantes para  muchos de los proyectos que presentamos.  En los tomos 7, 16 y 29 de la colección Club Saber Electrónica hablamos sobre PICAXE  y dimos varios proyectos comentados utilizando el Programming Editor pero hasta ahora no hemos  programado en BASIC, tema que abordaremos en este manual y en el próximo. En forma sintética, el lenguaje que se implementa, es un sencillo diálogo muy intuitivo, que da órdenes  muy precisas empleando un juego de comandos limitados.

T RAB AJANDO

CON

M ICR OCONTROLADORES

PICAXE

1

INTRODUCCIÓN El microcontrolador PIC, es un circuito integrado que contiene memoria, unidades procesadoras y circuitos de entrada/salida, en una sola unidad. Digamos que es muy similar a un ordenador o computadora PC, pero en formato pequeño. El microcontrolador PICAXE, es un sencillo microcontrolador PIC, que tiene por característica, tener alojado dentro de su memoria, un pequeño firmware que permite ser programado bajo lenguajes más sencillos que el Assembly. Como ya sabrán, los microcontroladores son comprados en “blanco” y luego son programados con un programa específico de control. Una vez programado, este microcontrolador es introducido en algún producto para cumplir el rol de trabajo de controlador. Es sabido, que estos diminutos circuitos integrados, tienen una inteligencia limitada por nosotros mismos a la hora de ejecutar una acción; pues, según se lo programe, se delega solo la responsabilidad de la orden impartida. Por ejemplo, si nosotros programamos a este microcontrolador para que ejecute la tarea de monitorear y administrar el funcionamiento de un motor a explosión como lo que podemos ver en un automóvil, éste sólo hará lo que le dijimos por intermedio de las instrucciones de programación, y  no esperen que este haga otra cosa que no le hallamos enseñado en su rutina de control. Hoy en día, se suele aplicar microcontroladores en los desarrollos electrónicos, por que estos pueden reemplazar a un gran número de partes separadas, o incluso a un circuito electrónico completo. Algunas de las ventajas obtenidas con el uso de microcontroladores en el diseño de productos son: Saber Electrónica

33

Trabajando con PICAXE o Aumento en la confiabilidad debido al menor número de partes. o Reducción en los niveles de existencia ya que un microcontrolador reemplaza varias partes. o Simplificación del ensamblaje del producto y productos finales más pequeños. o Gran flexibilidad y adaptabilidad del producto ya que las funciones del producto están programadas en el microcontrolador y no incorporadas en el hardware electrónico. o Rapidez en modificaciones y desarrollo del producto mediante cambios en el programa del microcontrolador, y no en el hardware electrónico.

En la Industria, los microcontroladores son usualmente programados utilizando programación en lenguaje C. Sin embargo, debido a la complejidad de este lenguaje, es muy difícil el aprendizaje de dichos lenguajes de programación en personas adultas que nunca tuvieron formación alguna, inclusive, también podríamos incluir a los estudiantes muy jóvenes de bachillerato, que por lo general, su ansiedad los lleva a buscar formas prÁcticas y rápidas de inserción a los microcontroladores. No voy hacer mucho énfasis sobre si deben o no tratar de aprender una manera de programación o no, solo les voy a mencionar, que es preferible estudiar lenguajes de programación que contengan un nivel de lenguaje de programación mas alto que el que podemos encontrar con estos microcontroladores.

EL SISTEMA  PICAXE El sistema “PICAXE” es un sistema de microcontrolador fácil de programar que utiliza un lenguaje BASIC muy simple, el cual la mayoría de las personas pueden aprender rápidamente dado su nivel de interaccionar con su lenguaje. Ya hemos dado las características sobresalientes de este sistema en capítulos anteriores de esta obra pero no está demás resumir los rasgos sobresalientes del sistema PICAXE. En forma sintética, el lenguaje que se implementa, es un sencillo diálogo muy intuitivo, que da órdenes muy precisas… como ejemplo, podría darles este ejemplo citado en la figura 1. En la rutina de dicha figura, lo único que hice, fue programar el microcontrolador con un diálogo sencillo, en inglés, pero muy deducible para aquellos que estén flojos con este idioma. Prácticamente, lo único que le ordené al microcontrolador, es que monitoree la entrada número cero (input cero), y en caso de tener algún estado definido (un alto o un bajo, o sea, un 1 o un 0 lógico), éste actúe dando como resultado una acción determinada. Internamente, estas líneas de programación, funcionan de la siguiente manera dentro del microcontrolador: Siempre, la rutina se lee y se ejecuta FIGURA 1 - RUTINA EN BASIC PARA PROGRAMAR UN PICAXE desde la primer línea para abajo, salvo Saber Electrónica

34

Programación Fácil de Microcontroladores PICAXE que halla un salto en el camino, figura 2. En este caso en particular, arranca el ciclo en la etiqueta “main”, pasa por la primera FIGURA 3 - U NA INSTRUCCIÓN PUEDE INDICAR QUE, instrucción que SI SE CUMPLE ALGUNA CONDICIÓN , EL PROGRAMA indica que visua“SALTE” A OTRA INSTRUCCIÓN O SUBRUTINA. lice y compare el estado de la entrada cero con el valor pre establecido y en caso de ser positivo el resultado tiene que saltar e ir al sub programa “encendido”, figura 3. FIGURA 2 - E L PROGRAMA CONEn el caso de que la comparación de “cero”, el microcontrolador SISTE EN UN JUEGO DE INSTRUCCIONES QUE SE ESCRIBE EN EL sigue líneas abajo leyendo las instrucciones. Como pueden observar, PROGRAMING EDITOR. la siguiente instrucción es similar, similar, compara el estado de la señal en la entrada cero, y si la comparación es positiva, salta al subprograma “apagado”. En caso de ser nula la comparación, el programa sigue leyendo las siguientes líneas hasta llegar al fin del programa o bien, hasta llegar a una bifurcación. En nuestro caso, llega hasta la instrucción “goto”, lo cual, hace repetir el programa una y otra vez sin tener fin. Se observa entonces que este sistema implementa un diálogo de instrucción muy fácil de aprender, aprender, de manera que en tan t an sólo unos pasos Ud. podrá aprender rápidamente a realizar sus propios proyectos microcontrolados. Este sistema explota las características únicas de la nueva generación de microcontroladores de bajo costo FLASH. Estos microcontroladores pueden ser programados una y otra vez sin la necesidad de un costoso programador. El poder del sistema PICAXE radica en su sencillez. No necesita de ningún programador, borrador o complejo sistema electrónico. El microcontrolador es programado mediante una conexión de tres cables conectada al puerto serie de una PC (con un simple programa en BASIC o un diagrama de flujo). El circuito operacional PICAXE utiliza únicamente tres componentes y puede ser ensamblado fácilmente en una placa experimental para componentes electrónicos, en una placa corriente o en una placa PCB. EL sistema PICAXE está disponible en varias versiones (8 pines, 18 pines, 28 pines, 40 pines). El controlador PICAXE-28 provee 22 pines de entrada/salida (8 salidas digitales, 8 entradas digitales y 4 entradas analógicas). El sistema PICAXE-18 provee 8 salidas y 5 entradas. Las características principales principales del sistema PICAXE son las siguientes: o Bajo costo, circuito de fácil construcción. o Hasta 8 entradas, 8 salidas y 4 canales analógicos en la versión intermedia. o Rápida operación de descarga mediante el cable serial. o Software “Editor de Programación” gratuito y de fácil uso. o Lenguaje BASIC simple y fácil de aprender. o Editor de diagramas de flujo incluido. o Puede ser programado también mediante el software “Crocodile Technology” Technology” o “Programming Editor”. o Extenso número de manuales gratuitos y foro de apoyo en línea.

Saber Electrónica

35

Trabajando con PICAXE o Circuito experimental, manejo y tutoriales incluidos en la página del fabricante (gratuitos). o Paquete de control remoto infrarrojo disponible. o Paquete de servo controlador disponible. disponible .

Estas son sólo algunas de las funciones y utilidades disponibles.

OMENZA NZANDO NDO LAS PRÁCTICAS COME

Esta obra está diseñada para que el lector pueda realizar sus prácticas tanto con la placa entrenadora  y sus módulos correspondien correspondientes, tes, como así también poder realizar simulaciones en el laboratorio virtual Proteus, con sus librerías y diagramas de circuitos del laboratorio para que puedan saber cómo se va a comportar el circuito casi como si lo efectuáramos con nuestra placa entrenadora física. Si bien este laboratorio virtual es una gran herramienta virtual; debemos remarcar que posee algunos errores menores que pueden complicarnos algunos diseños y o simulaciones. Los errores encontrados hasta el momento son: o No tolera mas de 16gosub o No reconoce #REM-#ENDREM  o No reconoce #setfreq o No reconoce #Picaxe08/18 o Genera algún que otro error cuando al terminar nuestro código de p rogramación, no se implementa un espacio después de la última línea de programación.

La figura 4 muestra imágenes de un laboratorio de prácticas microcontroladas microcontroladas (varias placas de circuito impreso) para trabajar y aprender con PICAXE.

USANDO COMENTARIOS Usar comentarios en un programa, aunque sea perfectamente per fectamente obvio para todos ustedes, puede ser una herramienta extra que el día de mañana, le puede ayudar a comprender por qué implementó una acción en su rutina, además, hay que tener en cuenta que si lo compartimos compartimos,, alguien más puede leerlo  y puede no tener idea de lo que Ud. ha querido hacer. hacer. Cabe aclarar que los comentarios usan espacio en el archivo fuente (.bas) pero no lo hacen en la memoria del PICAXE, ya que éstos no son subidos junto a la rutina de programación. Implementar un bloque de comentarios en el comienzo del programa y antes de cada sección del código, puede describir cuál es la función de la rutina que tenemos, o bien, podemos describir con más detalles cada línea de nuestro programa. Para reconocer los comentarios, podemos dirigirnos a nuestra sección configuración del software, y en la pestaña “editor” “editor ” seleccionamos preferencias preferencias de colores en la sintaxis. Con esta ultima acción, podremos diferenciar en nuestras rutinas los comandos comandos,, los comentarios con un color distinto. Los comentarios en el programa comienzan con un apóstrofe (‘ ( ‘) o punto y coma (; ( ;) y continúa hasta el final de la línea. Es decir, en una línea, todo lo que está después del apóstrofe ( ‘) o punto Saber Electrónica

36

Programación Fácil de Microcontroladores PICAXE  y coma (;) es simplemente un comentario y  no es tenido en cuenta en la ejecución del programa por parte del PICAXE. También es muy común que las personas de habla inglesa y con viejas mañas del antiguo basic, implementen la palabra clave “REM REM”. ”. Esta palabra también puede ser usada para comentarios, pero yo personalmente no la aconsejo, ya que un error en la escritura, por ejemplo REN, nos daría errores en la compilación y o simulación. En la figura 4 tenemos un ejemplo; configuramos el software (programa) como mencionamos anteriormente y mostramos las diferentes formas de hacer comentarios.

USO DE SYMBOL FIGURA 4 - TODA ESCRITURA EN UNA LÍNEA QUE ESTÁ DESPUÉS DE UN APÓSTROFE O UN PUNTO Y COMA ES UN COMEN TARIO Y NO FORMA PARTE DEL PROGRAMA.

Los símbolos en nuestras rutinas, son palabras clave que identifican constantes, variables y direcciones en el programa. La asignación del símbolo se realiza poniendo el comando “symbol “ symbol + nombre del símbolo” y seguido de éste implementamos el signo igual (=). Posterior a estas líneas, agregamos la variable o constante. Los símbolos pueden ser cualquier palabra que no sea la relativa a un comando. Los símbolos pueden contener caracteres numéricos (por ejemplo: ucontrol1, salida2, etc.) pero el primer carácter no puede ser uno numérico, es decir, no podría ser “1salida”, por dar un ejemplo. El uso de símbolos no aumentan la longitud del programa. O sea, esta función no tiene peso alguno en lo que refiere al programa. Por lo general se implementa este comando para renombrar las entradas y  salidas del microcontrolador lo que ayuda a recordar cuál es la función de cada terminal I/O a la hora de leer y o modificar un programa. Las direcciones del programa configuradas con el comando symbol , siempre tienen que ir sobre la primer instrucción o, mejor dicho, al inicio del programa. En la figura 5 tenemos un ejemplo de programa en el que se han realizado asignaciones de símbolos.

Uso de Constantes Las llamadas constantes, pueden ser creadas de manera similar a las variables. Puede que sea más con veniente usar un nombre para la constante en lugar de implementar un número como constante. Si el  valor u operando de la “constante” necesita ser cambiada, únicamente se modifica en algún lugar del programa donde se define la constante en lugar de modificar cada parte del programa en la que inter viene. Dentro de las constantes, no pueden guardarse datos variables variables.. Las constantes declaradas pueSaber Electrónica

37

Trabajando con PICAXE den ser de cuatro tipos: decimal, hexadecimal, binario y   ASCII. o Los números decimales se escriben directamente sin ningún prefijo. o Los números hexadecimales se preceden del símbolo “peso” ($). o Los números binarios se preceden del símbolo “tanto por  ciento” (%). o Los valores ASCII se colocan entre comillas (“…”).

DESI ESIGNA GNACIÓ CIÓN N DE V   ARIABLES  Veamos los tipos de variable  Veamos según el sistema, ya que éstas  varían en su aplicación según cada modelo de programación :  PICAXE es usado al programar  módulos PICAXE.  El BASIC y Extended son usados al programar módulos Stamp.  El ensamblador es el utilizado con código de ensamblador.

 Veamos entonces que tipos de  Veamos  variables se pueden emplear en función del sistema de programación que utilizamos:

FIGURA 5 - EL COMANDO SYMBOL DEFINE EL NOMBRE Y LA ACCIÓN DE CONSTANTESS O VARIABLES. CONSTANTE

Las Variables en PICAXE: El sistema PICAXE da soporte a las siguientes variables: Words:  W0, W1, W2, W3, W4, W5, W6.  Bytes: DIRS, PINS (solo PICAXE-08), PICAXE-08), INFRA, KEYVALUE B0, B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8, B9, B10, B11, B12, B13.  Bits: PIN0, PIN1, PIN2, PIN3, PIN4, PIN5, PIN6, PIN7 (conjuntamente igual PINS) BIT0, BIT1, BIT2, BIT3, BIT4, BIT4, BIT5, BIT6, BIT7 (conjuntamente igual B0) BIT8, BIT9, BIT10, BIT11, BIT12, BIT13, BIT14, BIT15 (conjuntamente igual B1). Saber Electrónica

38

Programación Fácil de Microcontroladores PICAXE  In/Out :

INPUT0, INPUT1, etc. puede usarse en lugar de PIN0, PIN1, etc. OUTPUT0, OUTPUT1, etc. puede usarse en lugar de 0, 1, 2, etc.

Las variables en BASIC El modo BASIC da soporte a las siguientes variables: Words: PORT W0, W1, W2, W3, W4, W5, W6.  Bytes: DIRS, PINS B0, B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8, B9, B10, B11, B12, B13 Bits: DIR0, DIR1, DIR2, DIR3, DIR4, DIR5, DIR6, DIR7, BIT0, BIT1, BIT2, BIT3, BIT4, BIT4, BIT5, BIT6, BIT7, BIT8, BIT9, BIT10, BIT11, BIT12, BIT13, BIT14, BIT15 Nota: B12 y B13 (W6) es usado dentro de las órdenes GOSUB como una pila. Por consiguiente no debería utilizarse como un registro de propósito general. Las Variables en el Modo Extendido (EXTENDED) El modo extendido da soporte a todas las variables de BASIC. Además: INPUT0, INPUT1, etc. puede usarse en lugar de pin0, pin1, etc. OUTPUT0, OUTPUT1, etc. puede usarse en lugar de 0, 1, 2 etc. Nota: B12 y B13 (W6) es usado dentro de las órdenes GOSUB como una pila. Por consiguiente no debería utilizarse como un registro de propósito general. Las Variables en el Modo Ensamblador El modo ensamblador soporta los mismos modelos de variables que el modo extendido.

LOS COMANDOS DE PROGRAMACIÓN BASIC EN PICAXE La tabla 1 representa un breve resumen de los diferentes comandos disponibles para los microcontroladores PICAXE.  Veremos a continuación la estructura y el significado de algunos de los comandos básicos que se emplean para programar un PICAXE y  cómo se los emplea.

GOTO

FIGURA 6 - GOTO SE USA PARA INDICAR A DÓNDE SIGUE EL PROGRAMA.

Este comando tiene como función la ejecución del programa que continua en la declaración de la etiqueta. Dicho en otras palabras, este comando tiene como función dar una dirección donde saltará el programa y seguirá la lectura de las instrucciones para continuar ejecutando el programa. En la figura 6 tenemos un ejemplo práctico. Saber Electrónica

39

Trabajando con PICAXE

TABLA 1 - R ESUMEN DE COMANDOS USADOS EN PICAXE.

GOSUB Este comando tiene como función saltar a la subrutina indicada en la etiqueta, guardando su dirección de regreso en la memoria pila (stack). A diferencia del GOTO, cuando se llega a un RETURN, la ejecución sigue con la declaración siguiente al último GOSUB ejecutado. Se puede usar un número ilimitado de subrutinas en un programa y pueden estar anidadas. En otras palabras, las subrutinas pueden llamar a otras subrutinas. Cada anidamiento no debe ser mayor de cuatro niveles. Como ejemplo, cuando nosotros ejecutamos GOSUB, salta el programa a una etiqueta, y cuando llega al comando RETURN, vuelve a la siguiente línea de donde partió con el comando GOSUB. La figura 7 muestra un ejemplo de uso de este comando. Saber Electrónica

40

Programación Fácil de Microcontroladores PICAXE FOR ... NEXT El bucle FOR … NEXT permite a los programas ejecutar un número de declaraciones tantas veces como se lo defina, usando una variable como contador. Este comando es ideal para acortar líneas de programas repetitivas. Para tener una idea de su potencial, sea el siguiente programa que permite el parpadeo de un Led conectado en una salida del PICAXE cinco veces:

FIGURA 7 - GOSUB ES SIMILAR A GOTO PERO GUARDA LA DIRECCIÓN DONDE ESTABA EN EL STACK .

symbol led1= 7 ejemplo1: high led1  pause 1000 low led1  pause 1000 high led1  pause 1000 low led1  pause 1000 high led1  pause 1000 low led1  pause 1000 high led1  pause 1000 low led1  pause 1000 high led1  pause 1000 low led1  pause 1000 end 

En esta rutina, “high led1” es una instrucción que pone un “1” (prende) en la salida donde estará conectado el led. La instrucción “low led1” pone un “0” (apaga) en la salida donde estará conectado el led. “pause 1000” es una instrucción que permite que el micro no haga nada durante mil milisegundos (1 segundo), es decir, es una instrucción de espera. Como puede observar, tuvimos que prender 5 veces el led, apagarlo otras 5 veces y en cada operación decirle que espere un segundo. Ahora, veamos este otro modo de realizar la misma acción:  bucle: for b0 =1 to 5 high 1  pause 1000

low 1 pause 1000 next b0 end 

Saber Electrónica

41

Trabajando con PICAXE En este punto le aconsejo que realice una práctica en su PC. Ejecute el software “Programming Editor” y copie las líneas de programación dadas en la figura 8 (configure el programa para usarlo con el PICAXE18X), revise las sintaxis y luego haga la simulación mediante el comando RUN del menú del “Programming Editor”.  Al iniciarse el programa, cuando la lectura ingresa en el contador (for b0 = 1 to 20), se precarga el valor 1 en un espacio de memoria determinado (en este caso b0) y comienza un conteo que finalizará cuando llegue a 20. En el caso de la rutina que ejemplifiqué, luego de pasar por la instrucción de FIGURA 8 - FOR... NEXT SE EMPLEA PARA HACER BUCLES DE comenzar con el contador, sigue leyendo FORMA DE REPETIR UN ALGORITMO TANTAS VECES COMO SE REQUIERA EN UN PROGRAMA. el resto de las líneas y ejecutando toda acción que conlleven en ellas ( high1 pause-low1-pause) hasta llegar a la línea donde dice “ next b0”. En esta línea, lo que hace, es decirle al contador que adicione un entero (que le sume uno) en la memoria que alojamos el conteo (b0)y  luego salta automáticamente a la línea donde comienza el contador (for b0 =1 to 20) iniciando nuevamente toda la acción descrita anteriormente hasta llegar a almacenar en la memoria el valor 20 (por que esa fue la instrucción que le dimos cuando le dijimos que cuente de1 a 20 en la línea de instrucción “for b0 = 1 to 20”). Note que cuando llega a 20, en vez de retornar a la línea del contador, sigue leyendo la siguiente línea. En este caso, la siguiente línea nos dice con el comando FIGURA 9 - EJEMPLO DE USO DEL COMANDO FOR... NEXT. PAUSE y GOTO que debe hacer un retardo  y volver al programa u etiqueta “bucle”. Después de esto, como el contador tenía registrado el valor 20, no tendría que seguir contando... pero no es así, ya que al volver a reiniciarse el programa, el contador vuelve a cero también. Para el caso en que nosotros quisiéramos que al llegar a determinado conteo, el programa termine, lo que podríamos hacer, es implementar la rutina mostrada en la figura 9. Saber Electrónica

42

Programación Fácil de Microcontroladores PICAXE HIGH

FIGURA 10 - LAS INSTRUCCIONES HIGH Y LOW SE EMPLEAN PARA ESTABLECER LAS CONDICIONES DE LAS SALIDAS DIGITALES.

 A medida que vayamos avanzando en nuestros proyectos, iremos notando que la gran mayoría de nuestros desarrollos microcontrolados requieren de un control de estados de las entradas y salidas. Hay  dos comandos que definen el estado lógico de una salida: HIGH y LOW. El comando HIGH pone a nivel alto (“1” lógico) un pin determinado del microcontrolador. Se usa este comando para activar una salida.

LOW  Es el comando contrario a HIGH y se usa para poner una salida en estado bajo (“0” lógico) o desactivar dicha salida.  Veamos cómo funcionan los comandos high y low en el ejemplo mostrado en la figura 10: Simplemente se pone un “1” lógico en el PIN 1 del microcontrolador, se detiene el programa durante 5 segundos, luego se pone un “0” lógico en el PIN 1, nuevamente se tiene una espera de 5 segundos y el programa vuelve al inicio. Es decir, se trata de un programa que activa y desactiva la pata del micro correspondiente al PIN1 en períodos de 5 segundos en cada estado.

INPUT Este comando refiere a un puerto de entrada específico. En cierta manera, convierte una patita de un puerto (PIN) en una entrada. O, mejor dicho, con esta instrucción se está diciendo que el PIN en cuestión será una entrada. Aclaremos que para definir nuestra entrada, se puede implementar el comando INPUT, o bien, podemos adoptar el número de puerto (0 a 7 para el caso de los micros 18x) y definirlo con un sencillo IN antes del número de puerto de entrada (in7 / input7).  Al usar el comando IMPUT en nuestro programa automáticamente estamos mencionando que vamos a trabajar con señales digitales entrantes en un puerto definido.

OUTPUT Este comando refiere a un puerto de salida específico. En cierta manera, convierte una patita de un puerto (PIN) en una salida. O, mejor dicho, con esta instrucción se está diciendo que el PIN en cuestión será una salida. Como mencionamos anteriormente al describir el comando input , no es que podemos configurar nuestros puertos como entradas y salidas; a Saber Electrónica

43

Trabajando con PICAXE lo que me refiero, es que definimos en una línea qué acción queremos que adopte esa salida. Para definir nuestra salida, se puede implementar el comando OUTPUT, o bien, podemos adoptar el número de puerto (0 a 7 para el caso de los micros 18x) y definir la acción o estado de este puerto (high 7 -low 7 / high output7 -low output7). Es hora de realizar una nueva práctica: ejecute el “Programming Editor” en su PC y copie las instrucciones del programa de la figura 11, nos preparamos para ver cómo funcionan las instrucciones IMPUT y OUTPUT. Nota: en este ejemplo, cité FIGURA 11 - LA CONFIGURACIÓN DE LOS PUERTOS, COMO ENTRADAS O SALIambas maneras en las que DAS, SE PUEDE HACER CON LOS COMANDOS IMPUT Y OUTPUT. podemos definir o nombrar un puerto de entrada o salida. Cuando simule esta rutina, verá que el software las reconoce a ambas como lo mismo y no genera ningún conflicto.

END Este comando tiene como objeto detener la ejecución del proceso y el microcontrolador no sigue ejecutando el programa hasta que lo reiniciemos o bien, hasta que no le demos la instrucción manual de  volver a comenzar con su ciclo. Cuando el microcontrolador es detenido por el comando END entra en modo de bajo consumo. Otra de las característica de este comando es que cuando se ejecuta esta instrucción todos los datos presentes en los pines de entrada y salida se congelan y permanecen en el estado en que se encuentran. Para ver mejor cómo funciona este comando, realice una nueva práctica; para ello, ejecute en su PC nuevamente el “Programming Editor” y copie el programa mostrado en la figura 12, realice la simulación y verifique la estructura del comando.

IF…THEN IF…AND…THEN IF…OR…THEN Estos comandos son en sí, parte de una estructura de comparación con salto a una dirección determinada (siempre a una etiqueta), en el caso en que se cumpla la función asignada. Las funciones que se Saber Electrónica

44

Programación Fácil de Microcontroladores PICAXE pueden asignar a estas comparaciones son: = >= > < <= <> & or

FIGURA 12 - LA INSTRUCCIÓN END SE EMPLEA PARA DETENER EL PROGRAMA Y QUE EL MICRO QUEDE EN LA CONDICIÓN DE BAJO CONSUMO.

(igual que) (mayor o igual que) (mayor que) (menor que) (menor o igual que) (no es igual que) (función lógica AND) (función lógica OR)

Estas son sólo algunas de las comparaciones a las que pueden responder estos comandos. El principio básico de estos tres comandos son la de establecer una pregunta (IF...) sobre el estado de un puerto determinado; compara, lee el estado, evalúa en términos de VERDADERO o FALSO y en el caso de ser cierto, se ejecuta la operación a la que refiere el THEN (entonces...). Si lo considera falso, no se ejecuta la operación posterior al THEN y prosigue con la lectura de la siguiente línea. Veamos algunos ejemplos:

if…then if input1 =1 then action3

Esta sentencia indica que si la entrada 1 es igual a 1, entonces el programa sigue ejecutándose en la etiqueta “action3”. Si la entrada 1 es igual a cero se sigue ejecutando el programa normalmente. if…and…then if input1 =1 and input0= 1 then action2

 Aquí se dice que si la entrada 1 es igual a 1 y la entrada 0 es igual a 1, entonces el programa sigue ejecutándose en la etiqueta “action2”. Si la entrada 1 y/o la entrada 0 es igual a cero se sigue ejecutando el programa normalmente. if…or…then if input1 =1 or input 0 = 1 then action3

 Aquí se dice que si la entrada 1 es igual a 1 o la entrada 0 es igual a 1, entonces el programa sigue ejecutándose en la etiqueta “action3”. Si la entrada 1 o la entrada 0 es igual a cero se sigue ejecutando el programa normalmente. Saber Electrónica

45

Trabajando con PICAXE if…or…then gosub if input1 =1 then gosub action3 if input2 =0 then actionx 

En este caso estamos diciendo que si la entrada 1 es igual a 1, entonces el programa sigue ejecutándose en la etiqueta “action3” y cuando termine, que vuelva y prosiga en la siguiente línea. En la figura 13 tenemos un ejemplo que Ud. puede utilizar para realizar una práctica en el “Programming Editor”. Es importante destacar que la mejor forma de “aprender” es practicando, es por ello que sugerimos que realice cada ejercicio en la medida que se lo vamos sugiriendo. Ahora bien, con los comandos explicados Ud. ya posee conocimientos suficientes como para que pueda experimentar con un sistema útil. En la figura 14 tiene el programa que le permitirá simular el programa de un sencillo automático para detectar el nivel de un tanque de agua, de modo que se ponga en marcha cuando el agua haya descendido por debajo de cierto nivel y  que la bomba se apague cuando el agua alcance el nivel superior establecido como referencia. Note la inclusión de algunos comandos que aún no hemos analizado, que ello no lo detenga en su práctica. Trabaje de la misma manera que hemos explicado hasta ahora sobre el “Programming Editor” para simular el funcionamiento de esta rutina… notará que “Readadc 2,b2”, por ejemplo, es una instrucción que lee el estado de una entrada y que se trata de una entrada analógica… ¿qué otras cosas nota?  Nuevamente: “La práctica es tanto más importante que la teoría”, por lo tanto, “manos a la obra”.

FIGURA 13 - EJEMPLO DE USO DEL COMANDO IF... THEN

PAUSE Este comando, es implementado para generar retardos en los saltos entre líneas y  Saber Electrónica

46

FIGURA 14 - OTRO EJEMPLO DE USO DEL COMANDO IF... THEN.

Programación Fácil de Microcontroladores PICAXE ejecución del código del programa. Ya lo hemos visto en algunos ejemplos anteriores, pero ahora lo presentamos “formalmente”. En la siguiente rutina se está indicando que se ponga en “1” el PIN 1, luego que se mantenga asi durante 5 segundos (5.000 milisegundos), posteriormente se indica que se ponga un “0” en el PIN 1 durante otros 5 segundos y que vuelva a comenzar el programa: inicio: high 1  pause 5000 low 1  pause 5000 goto inicio

Como especificación del tiempo de retardo está dada en “milisegundos”, en una estructura de 16 bits, los retardos pueden ser de hasta 65635 milisegundos (66 segundos).

 WAIT Este comando, al igual que el anterior, es implementado para generar retardos en los saltos entre líneas y  ejecución del código del programa. La única diferencia es que PAUSE establece unidades expresadas en milisegundos y WAIT en segundos. Técnicamente decir WAIT 1 o decir PAUSE 1000 es lo mismo. Por lo dicho, el programa que vimos en la explicación del comando PAUSE se puede expresar de la siguiente manera:

inicio: high 1 wait 5 low 1 wait 5 goto inicio

 Aquí también podemos establecer un tiempo máximo de 65 segundos, por lo cual necesitaremos arreglos como el uso de “for… next” para poder tener tiempos mayores.

RETURN

FIGURA 15 - RETORNO DE UNA SUBRUTINA POR MEDIO DEL COMANDO RETURN.

Este es un muy buen comando que si lo sabemos implementar, podemos hacer programas más rápidos e interesantes. En si, este comando Saber Electrónica

47

Trabajando con PICAXE tiene como función volver desde una subrutina, retomando la ejecución en la declaración que sigue al GOSUB que llamó a la subrutina. En la figura 15 tenemos un ejemplo sencillo que podremos simular de la forma acostumbrada.

INFRAIN Este comando se usa en sistemas de comunicación por infrarrojos. Se implementa para esperar en el receptor una señal infrarrojo procedente del transmisor IR. Este comando, además de poder implementarlos en nuestros propios proyectos, podemos usarlo para crear nuestros propios controles remotos IR o bien repetidores IR para toda la gama de equipos de la marca SONY, ya que implementa el mismo protocolo que esta compañía utiliza en sus productos. El comando en si, interactúa en el programa esperando la señal infrarroja y, una vez recibida esta señal, el valor de ella se almacena en la variable predefinida “infra” (es similar a b0,b1,etc., pero de uso exclusivo para este comando). En la figura 16 tenemos el esquema de conexión de un receptor IR sobre un PICAXE-08 y en la figura 17 hemos escrito una rutina que Ud. puede utilizar para practicar sobre el manejo de esta instrucción. No hace falta tener el control remoto (el transmisor), ya que podemos ejecutar el “Programming Editor” en nuestra computadora, escribir el programa de la figura 17 y simularlo; podemos cambiar los valores desde la tabla de variables de la derecha y ver cómo cambia la simulación.  De esta manera damos por concluído este manual, que es el primero de 2 tomos que explican cómo programar PICAXE utilizando BASIC. ☺ Saber Electrónica

48

FIGURA 16 - CONEXIÓN DE UN RECEPTOR INFRARROJO EN UN PICAXE.

FIGURA 17 - INFRAIN ES UN COMANDO APLICABLE A LÍNEAS DE ENTRADA QUE POSEEN SENSORES INFRARROJOS Y “LEE” EL ESTADO DE DICHO SENSOR.

M O N T A J E

¿Usted es de los que no pueden salir al aire libre sin repelente porque los mosquitos lo persiguen? Arme el circuito que proponemos y tendrá la solución a este problema...

Por Federico Prado

AHUYENTA MOSQUITOS PERSONAL

C

ientíficos del Instituto Rothamsted de Inglaterra descubrieron que algunas personas nacen con un tipo de olor que ahuyenta a los mosquitos y concluyeron que todos los seres humanos somos  víctimas potenciales de sus picaduras, pero aquellos que nacieron con la capacidad de fabricar las sustancias pueden librarse. Ahora, si Ud. no está dentro del grupo que fabrican naturalmente estos componentes y quieren salir al  jardín sin que los mosquitos lo piquen, este pequeño circuito es la solución. Es pequeño, portátil y  la pila puede durar hasta 50 horas. El transductor es un simple buzzer piezoeléctrico y, si utiliza uno grande (2 cm o más) no sólo no lo picarán a usted sino que lo mosquitos no se acercarán a 2 metros a la redonda. Por ser tan pequeño puede llevarlo dentro de un bolsillo. Saber Electrónica

49

M O N T A J E Los inversores de potencia son muy  requeridos en aquellos lugares en los que no existe corriente eléctrica de  modo de poder obtener 110V o 220V  a partir de una tensión continua provista por una batería. Con los nuevos sistemas de generación de energías alternativas es normal encontrar acu muladores de CC de distintas tensiones, razón por la cual es necesario  poder contar con algún sistema que genere la tensión de red a partir de valores de continua ajustables. Además, suelen necesitarse tensiones de salida CC varia bles de hasta 32V. En este artículo proponemos el armado de un inversor que puede entregar 220V de CA a partir de tensiones de entrada de 6V hasta 12V y una tensión continua variable de 1V a 32V..

Por Ing. Horacio Daniel Vallejo [email protected]

INVERSOR DE 220V X 150W PARA ENERGÍAS ALTERNATIVAS INTRODUCCIÓN Nuestro proyecto tiene dos partes, por un lado tenemos una etapa inversora convencional que entrega 110V o 220V de corriente alterna (50Hz o 60Hz) a parir de tensiones de entrada de 6V o 12V  de corriente continua y, por otro lado, una etapa convertidora o fuente de alimentación que entrega tensiones CC, variables de 1V a 32V, a partir de tensiones CC de 6V a 12V. De esta manera, contamos con un amplio abanico de posibilidades cuando montamos sistemas de alimentación a partir de energías alternativas (solar, eólica o hidráulica). Saber Electrónica

50

EL CIRCUITO DEL INVERSOR En la figura 1 se muestra el circuito de un inversor clásico. Los transistores Q3 y Q4 forman un oscilador (multivibrador) cuya frecuencia depende de los valores de R4 -C1 y de R5-C2. Los valores dados son para una frecuencia de 50Hz, si se va a emplear para una red de 60Hz, en paralelo con cada capacitor (C1 y C2) se debe colocar otro capacitor de 100nF. Cada semiciclo de la señal generada por el oscilador se entrega a las bases de Q1 y Q2, que actúan como drivers de los transistores de salida, los clásicos 2N3055 (Q5 y Q6) quienes alimentan al transformador de poder, el

Inversos de 220V x 150W para Energías Alternativas

Figura 1 - Circuito del inversor para 110V7220V x 150W.

componente más caro del circuito. Si se emplean baterías de 12V, se trata de un transformador con bobinado de acuerdo con la red local y secundario de 9V + 9V x 6A (si el circuito se va a alimentar con tensiones de 6V este transformador debe tener un secundario de 4,5V + 4,5V x 12A). Lista de materiales del circuito de la figura 1

Q1, Q2 - TIP42A - Transistores de potencia PNP. Q3, Q4 - BC548 - Transistores NPN de uso general. Q5, Q6 - 2N3055 - Transistores NPN de potencia con disipador (ver texto). D1, D2 - 1N4148 - Diodos de uso general R1, R8 - 22Ω x 2W R2, R3, R6, R7 - 330 Ω R4, R5 - 27kΩ SW1 - Interruptor simple T1 - Transformador de poder con primario de acuerdo con la red local y secundario de 9V + 9V x 6A.

Figura 2 - Placa de circuito impreso del inversor, vista del lado de componentes.

Varios Placa de circuito impreso, disipadores para los transistores de salida, conectores de entrada y toma para tensión de red local, estaño, cables, gabinete para montaje, etc. Saber Electrónica

51

Montaje

Figura 3 - Placa de circuito impreso del inversor de 110V / 220V x 150W.

Como puede observar, el circuito no requiere ajustes y sólo debe tener la precaución de colocar los transistores de salida fuera de la placa de circuito impreso (figuras 2 y 3), con disipadores de calor apropiados para poder obtener una potencia máxima de 150W. Sólo resta aclarar que los diodos D1 y  D2 son importantes cuando se trabaja con sistemas de alimentación a partir de energías alternativas, dado que se pueden presentar parásitos y, de no estar, se pueden quemar dichos transistores.

fuente estabilizada de tensión variable a partir de este simple conversor con tensiones ajustables desde 1V a 32V.

EL INVERSOR DE TENSIÓN V  ARIABLE Si se tiene una fuente de energía de 6V a 12V, es posible construir una Saber Electrónica

52

Figura 4 - Diagrama interno del TL497.

Inversos de 220V x 150W para Energías Alternativas

Figura 5 - Diagrama de pines del TL497.

Nuestro circuito posee tres partes fundamentales: un elevador de tensión , un conversor  y un regulador . La base del circuito está en los dos pri-

meros bloques, cuyo “corazón” es el circuito integrado TL497 de Texas Instruments, que tiene el diagrama interno mostrado en la figura 4. En la figura 5 se puede observar la cubierta de este integrado. Consiste en un regulador de tensión conmutado con un rendimiento del 58%, puede trabajar con corriente de salida del orden de los 600mA. En realidad, este integrado posee características sobresalientes, a tal punto que puede ser controlado a partir de circuitos TTL, particularidad que no es “aprovechada” en nuestro proyecto. Vea en la figura 6 un par de circuitos suministrados por el fabricante del TL497 con las fórmulas de diseño. Si desea el manual completo de este integrado, puede bajarlo de nuestra web con la clave TL497. En la figura 7 se da el circuito completo del con-

Figura 6 - Circuitos de aplicación del TL497.

Saber Electrónica

53

Montaje

Figura 7 - Circuito eléctrico del conversor que permite obtener de 1V a 32V a partir de 6Va 12V CC.

 versor. El capacitor C5 determina la frecuencia de operación del oscilador interno que permitirá la “elevación de tensión”. Con C5= 220pF, la frecuencia de oscilación hace que el ciclo activo se ubique en torno de los 18µs.  Así mismo, el circuito integrado al que nos referimos acepta capacitores en la banda de 200pF a 2nF. La configuración básica del TL497 utilizada en este caso, permite operar con tensiones comprendidas entre 4,5 y 12V, lo que permite el uso de baterías convencionales alimentadas a partir de sistemas de generación de energías alternativas. El punto de disparo del circuito comparador  y de la tensión de salida de dicho regulador se obtiene con el ajuste de VR1. La tensión de salida elevada (30V), se obtiene de la pata 6 y es enviada al circuito regulador que se construye a partir del circuito integrado L200C, quien debe ser montado en un disipador de calor, pues manejará corrientes del orden de los 600mA (si bien el TL497 también maneja corrientes altas, como prácticamente no tiene tensiones de “disipación”, no debe manejar altas potencias). Se pueden utilizar otros reguladores de tensión para esta función, tales como los clásicos Saber Electrónica

54

Figura 8 - Placa de circuito impreso del conversor

Inversos de 220V x 150W para Energías Alternativas TL085 o similares. El regulador de tensión L200 permite obtener una tensión de salida ajustable por medio de VR1. C3, ubicado a la salida del regulador, se emplea como elemento de desacople.  XRF es un choque de 150µH y es el encargado de producir la alta tensión del circuito con sus particularidades de inductancia.  XRF puede ser un microchoque comercial o se la puede fabricar enrollando unas 100 espiras esmaltadas de alambre 30 en un resistor de 100kΩ x 1/2W. El montaje puede ser efectuado con la placa de circuito impreso, como lo vemos en la figura 8. Para el montaje, deberá tener en cuenta que el conversor opera con frecuencias elevadas; por lo cual, las capacidades parásitas pueden modificar el funcionamiento. Para la prueba, conecte a la entrada una tensión continua de 6V a 12V por 1A de corriente. Habrá que ajustar el trimpot VR1 para lograr la máxima tensión de salida en la pata 6 (aproximadamente 32V).

Lista de materiales del circuito de la figura 7

CI1 - TL497 - Circuito integrado conversor de tensión. CI2 - L200 - Circuito integrado regulador de tensión. R1 - 1Ω R2 - 22kΩ R4 - 1kΩ R5 - 560Ω R3 o VR1 - Trimpot de 10kΩ R6 o VR2 - Potenciómetro de 10k Ω C1 - 220µF x 25V - Electrolítico C5 - 220pF - Cerámico C2 - 470µF x 50V - Electrolítico C4 - 0,1µF - Cerámico C3 - 100µF x 50V - Electrolítico L1 o XRF - Choque - ver texto Varios: Placa de circuito impreso, gabinetes para montaje, interruptor simple, disipador para el CI2, fuente de alimentación o batería de 6V ó 12V, etc.

Luego habrá que revisar la banda de regulación del potenciómetro VR2. ☺

Saber Electrónica

55

M O N T A J E  Presentamos los circuitos de dos controladores para motores paso a  paso, ambos para dispositivos de  poca corriente o de potencia para aplicaciones tanto de robótica como para sistemas de control. El   primero es microcontrolador y  ofrece mayores posibilidades de trabajo mientras que el segundo  posee componentes analógicos y   muy fácil de montar, aún para el  control de motores de gran porte.

Por Ing. Horacio Daniel Vallejo [email protected]

CONTROLADORES PASO

A

Y CON

DE

MOTORES

PASO MICROCONTROLADO

COMPONENTES DISCRETOS

INTRODUCCIÓN

determinada secuencia de señales digitales, para poder avanzar por pasos hacia un lado u otro y se

En robótica, son indispensables “los movimientos

detienen exactamente en una determinada posi-

precisos”, donde los brazos mecánicos deben eje-

ción, que es función de ese “juego de señales”

cutar movimientos de gran exactitud. Lo mismo

aplicadas.

ocurre en sistemas autómatas o de control.

Cada paso tiene un ángulo muy preciso, deter-

Un motor paso a paso resuelve en gran medida

minado por la construcción del motor, lo que per-

este problema, ya que su principio de funciona-

mite realizar movimientos exactos sin necesidad

miento le permite realizar pequeños movimientos

de un sistema de control por lazo cerrado.

en pasos, con gran exactitud.

Los motores paso a paso presentan grandes

Estos motores son dispositivos especiales que

 ventajas con respecto a la utilización de servo-

permiten el avance de su eje en ángulos muy pre-

motores debido a que se pueden manejar digital-

cisos y por pasos en las 2 direcciones de movi-

mente sin realimentación, su velocidad se puede

miento, izquierda o derecha.

controlar fácilmente, tiene una larga vida, son

Para permitir este movimiento se debe dar una Saber Electrónica

56

pequeños, robustos y poseen un elevado torque

Controladores de Motores Paso a Paso hasta 1.8º por paso. Los grados de avance por paso son una de las características más importantes en este tipo de motores y generalmente están indicados en su carcasa o cuerpo. Según la construcción de su rotor, existen tres tipos de motores paso a paso:

1) DE IMÁN PERMANENTE: en este tipo de motor, su rotor es un imán permanente que posee una ranura en toda su longitud y el estator está formado por una serie de bobinas enrolladas alrededor de un núcleo o polo. Su funcionamiento se basa en el principio explicado anteriormente de atracción y repulsión de polos magnéticos. Figura 1 - Formación de un motor paso a paso de 4 bobinas.

en bajas revoluciones, lo que permite un bajo consumo tanto en vacío como en plena carga, su mantenimiento es mínimo, debido a que no tienen escobillas. El funcionamiento de los motores paso a paso se basa en el simple principio de atracción y repulsión que ocurre entre los polos magnéticos. El principio básico del magnetismo establece que polos iguales se repelen y polos diferentes se atraen. En la figura 1 se muestra un motor paso a paso imaginario con cuatro bobinas y un rotor formado por un imán. Si aplicamos corriente a la bobina A y D, de tal manera que se formen electroimanes con las polaridades vistas en la figura 1, el rotor gira hasta alcanzar la posición de reposo. La aproximación realizada corresponde entonces, a un motor real que utiliza cuatro bobinas mediante las cuales podemos hacer girar el rotor en ángulos de 90º.  Al cambiar la polaridad de las bobinas del estator, se presenta el efecto de repulsión y atracción por parejas de polos, con los polos del imán, que produce el giro por pasos. Los motores paso a paso se fabrican aumentando el número de polos del estator con el objeto de conseguir pasos o giros más pequeños y se les practican una serie de ranuras, tanto en el rotor como en el estator. Así se logran movimientos de

2) DE RELUCTANCIA VARIABLE: En estos motores el rotor está fabricado por un cilindro de hierro dentado y  el estator está formado por bobinas que crean los polos magnéticos. Como este tipo de motor no tiene un imán permanente, su rotor gira libremente cuando las bobinas no tienen corriente, lo que puede ser inconveniente en un momento dado si hay una carga que presione el eje. Este tipo puede trabajar a mayor velocidad que el anterior.

3) HÍBRIDOS: Estos motores combinan las dos características anteriores, así logran un alto rendimiento a buena velocidad. En cuanto a la forma de conexión y excitación de las bobinas del estator, los motores paso a paso se dividen en 2 tipos. En los motores paso a paso debemos diferenciar los motores unipolares de los bipolares. En los motores unipolares la corriente que circula por los diferentes bobinados siempre corre en el mismo sentido. En los motores la corriente que circula por los bobinados cambia de sentido en función de la tensión que se aplica, por lo que un mismo bobinado puede tener, en uno de sus extremos, distinta polaridad (bipolar).  Algunos motores comerciales tienen los bobinados de tal manera, que en función de puentes, pueden convertirse en unipolares o bipolares. Lo más importante es saber el tipo de motor que es, Saber Electrónica

57

Montaje la potencia, el número de pasos, el par de fuerza, la tensión de alimentación y poco más si son motores sencillos. En los motores bipolares, la dificultad radica en controlar la alimentación y cambiar la polaridad y  el ritmo de los bobinados para conseguir la secuencia necesaria para permitir que el motor funcione correctamente.

CONTROL DE MOTORES P ASO A  P ASO CON PICAXE

tral y cuatro bobinas ubicadas alrededor de la carcasa del motor. Cuando pasa corriente eléctrica por estas bobinas, las mismas generan un campo magnético el cual atrae o repele a los electroimanes permanentes en la armadura, provocando que la armadura gire un “paso” hasta que los campos magnéticos estén alineados. Luego, las bobinas son energizadas con un patrón diferente para crear un campo magnético diferente y provocar que la armadura gire otro “paso”, para ello, hay circuitos integrados que se fabrican específicamente, como el ULN2003A, cuya conexión simplificada se muestra en la figura 2. Para hacer que la armadura gire continuamente, las cuatro bobinas internas del motor paso a paso deben ser encendidas y apagadas continuamente en cierto orden. El chip controlador ULN2003A es un controlador Darlington que actúa como interfaz para las cuatro bobinas del motor paso a paso. La siguiente tabla muestra los cuatro “pasos” distintos requeridos para hacer girar el motor.

En base a información suministrada por Education Revolution, presentamos el circuito de un controlador de motores paso a paso que podrá utilizar tanto en aplicaciones de robótica como en sistemas de control. El circuito es muy  sencillo y podrá realizar sus propios programas que descargará directamente sobre un microcontrolador PICAXE sin necesidad de quitar el integrado desde su placa de circuito impreso. En el caso de tener que controlar motores paso a paso de alta precisión, comúnmente utilizados en unidades de disco, impresoras, plotters y relojes de computadoras, es preciso emplear circuitos Paso Bobina 4 Bobina 3 Bobina 2 Bobina 1 microcontrolados. A diferencia de los motores de (Output 3) (Output 2) (Output 1) (Output 0) CC, los cuales giran libremente al aplicarles poten1 1 0 1 0 cia, los motores paso a paso requieren que su 2 1 0 0 1 fuente de alimentación sea continuamente 3 0 1 0 1 “impulsada” en cuatro patrones diferentes. Por 4 0 1 1 0 cada impulso, el motor se mueve un “paso”, típi1 1 0 1 0 camente 7.5° (requiriendo por lo tanto 48 pasos para una revolución completa). Los motores paso a paso tienen algunas limitaciones. Primero, el consumo de potencia es mayor cuando el motor está detenido (debido a que todas las bobinas requieren estar energizadas). Segundo, la  velocidad de operación está limitada a aproximadamente 100 “pasos” por segundo, lo cual equivale a 2 revoluciones por segundo ó 120 RPM. El motor paso a paso contiene una serie de electroimanes fijos a la armadura cenFigura 2 - Formación de un motor paso a paso de 4 bobinas.

Saber Electrónica

58

Controladores de Motores Paso a Paso Para hacer girar al motor en dirección contraria, los pasos deben ser invertidos (4-3-2-1-4-etc. en  vez de 1-2-3-4-1-etc.)

Nota: La configuración del cableado de los motores paso a paso puede variar según el fabricante, por lo tanto, puede que sea necesario reorganizar las conexiones de las bobinas para que la secuencia mostrada en la tabla anterior opere correctamente. Una conexión incorrecta de las bobinas puede causar que el motor vibre en una dirección y otra, en vez de girar continuamente. La mayoría de los motores paso a paso están diseñados para traba jar con 12V, pero generalmente pueden trabajar sin problemas (aunque con un torque reducido) con 6V. La siguiente tabla muestra el número binario de salida para cada paso:

Paso 1 2 3 4 1

Salida binaria %00001010 %00001001 %00000101 %00000110 %00001010

pause delay 'pausa de 0,1 seg. let pins = %00000101 'siguiente paso pause delay 'pausa de 0,1 seg. let pins = %00000110 'siguiente paso pause delay 'pausa de 0,1 seg. goto main 'ir a “main (bucle perpetuo) ——————————————————————

Subrutinas Una subrutina es un “mini-programa” separado que puede ser llamado desde el programa principal. Una vez que se ejecuta la subrutina, el programa principal continúa. Las subrutinas son frecuentemente utilizadas para separar el programa principal en pequeñas secciones, para hacerlo más fácil de comprender las subrutinas que realizan tareas comunes, también pueden ser copiadas de programa a programa para ahorrar tiempo. El programa de la tabla 2 utiliza dos subrutinas para separar las dos secciones principales del programa (“flash” y “noise”). —————————————————————— 'Tabla 2 - Cotrol utilizando subrutinas

El programa de la tabla 1 también puede utilizar un número binario para encender y apagar todas las líneas de salida al mismo tiempo. Intente cambiar la velocidad de giro alterando el valor del retardo (delay) en el programa.

symbol dp = 7 symbol buzzer = 6 symbol counter = b0 main:

'

symbol delay = b0 let delay = 100

main:

let pins = %00001010 pause delay let pins = %00001001

'definir variable 'fijar el retardo (delay) en '0,1 segundos 'primer paso 'pausa de 0,1 segundos '(valor asignado al retardo) 'siguiente paso

'definir a la variable “counter” como b0

'hacer etiqueta llamada “main” 'ir al sub-procedimiento “flash” 'ir al sub-procedimiento “noise” 'ir a “main” 'fin del programa principal

gosub flash gosub noise goto main end

—————————————————————— Tabla 1 - Encendido de todas las líneas IO del PICAXE.

'renombrar salida7 “dp” 'renombrar salida6 “buzzer”

flash:

'hacer un sub-procedimiento llamado “flash” for counter = 1 to 25

high dp pause 50 low dp pause 50 next counter return

'iniciar un bucle for....next 'encender diodo LED 'esperar 0,05 segundos 'apagar diodo LED 'esperar 0,05 segundos 'siguiente counter (b0) 'retornar del sub-procedimiento

Saber Electrónica

59

Montaje noise:

'hacer un sub-procedimiento llamado “noise

high buzzer 'encender timbre pause 2000 'esperar 2 segundos low buzzer 'apagar timbre return 'retornar del sub-procedimiento ——————————————————————

Obviamente, suponemos que Ud. posee algún conocimiento sobre los microcontroladores PICAXE, si no es así, lea el manual que se publica en esta edición donde se indica cómo hacer para descargar de nuestra web un curso sobre el funcionamiento y manejo de estos microcontroladores. El programa que podemos ver en la tabla 3, muestra cómo una variable puede ser utilizada para transferir información hacia una subrutina. En este caso, la variable b2 es utilizada para indicar al controlador que debe ejecutar la subrutina

flash, primero cinco y luego quince veces. —————————————————————— 'Tabla 3 - Uso de variables en los programas de control symbol dp = 7 symbol counter = b0

'renombrar salida7 “dp” 'definir a la variable “counter” como b0

main: let b2 = 5 gosub flash pause 500 let b2 = 15 gosub flash pause 500 goto main

'hacer una etiqueta llamada “main” 'precargar a b2 con el número 5 'ir al sub-procedimiento “flash” 'esperar 0,5 segundos 'precargar a b2 con el número 5 'ir al sub-procedimiento “flash” 'esperar 0,5 segundos 'ir a “main”

end flash:

'fin del programa principal 'hacer un sub-procedimiento llamado “flash”

Figura 3 - Circuito de un entrenador con PICAXE que se puede emplear como control de motores paso a paso.

Saber Electrónica

60

Controladores de Motores Paso a Paso

Figura 4 Circuito impreso para montar el controlador de motores paso a paso con microcontrolador PICAXE.

necesita un entrenador para corroborar los diferentes conceptos teóricos. Hay varios circuitos. La empresa Revolution Education ofrece cada uno de estos circuitos en forma de kits; sin embargo, Ud. puede armar su propio entrenador. En la figura 3 se brinda el circuito de un entrenador para que Ud. realice sus propias experiencias  y que le servirá para controlar motores paso a paso. El Circuito del Controlador con PICAXE El entrenador incluye un circuito integrado En general, cuando se trabaja con PICAXE se ULN2803A para que pueda manejar pequeños motores. No tendrá problemas en conectarlos si sigue las instrucciones que se brindan en la explicación de cada programa. LK es un puente de conexión (un jumper o simplemente un cable). En la figura 4 se reproduce el esquema de circuito impreso para que monte su propio entrenador. En la figura 5 se muestra el detalle de armado del cable que sirve como interfaz entre la placa controladora y la computadora. Para programar el PICAXE deberá descargar de nuestra web el programa “Programming Editor”, tendrá que instalarlo en su PC y al ejeFigura 5 - Armado del cable que debe utilizar para programar el PICAXE sobre la placa de circuito impreso. cutarlo deberá escribir cualquiera

'iniciar un bucle for....next high dp 'encender diodo LED pause 250 'esperar 0,25 segundos low dp 'apagar diodo LED pause 250 'esperar 0,25 segundos next counter 'siguiente counter return 'retornar al sub-procedimiento —————————————————————— for counter = 1 to b2

Saber Electrónica

61

Montaje de los programas controladores de motores que presentamos en este artículo. Si no sabe cómo hacerlo, lea el manual que publicamos en esta misma edición. Tanto el programa como más información puede descargar desde nuestra web:  www.webelectronica.com.ar , haciendo clic en el ícono password e ingresando la clave “picaxe”.

CONTROL DE MOTORES P ASO A  P ASO CON COMPONENTES DISCRETOS El circuito que proponemos ahora permite el control “manual” de motores unipolares, pudiéndose emplear cualquier dispositivo que no tenga corrientes de bobina superiores a 3A y se alimenten con tensiones de hasta 15V. Las señales digitales que permiten el giro por pasos, son generadas por compuertas lógicas y  flip-flops. Estas señales se amplifican por transistores del tipo TIP31 antes de ser aplicadas a las bobinas,

Lista de materiales del circuito de la figura 4.

IC1 - PICAXE 18 - Microcontrolador IC2 - ULN2303 - Driver para motores paso a paso. R1 - 10kΩ R2 - 22kΩ R3 - 4,7kΩ R4 a R8 - 10kΩ SW1 - Pulsador normal abierto CN1 - Conector de 3 contactos para programación (puede emplear un mini jack estéreo o un poste macho de 3 contactos). CN2 - Bornera de 5 contactos para las entradas CN3 - Bornera de 8 contactos para las bobinas del motor Varios Cable para programación (vea el armado en la figura 5), programa: “Programming Editor”, placa de circuito impreso, fuente de alimentación, cables, estaño, etc.

con esto logramos el control de motores de hasta 3A, lo suficientemente poderosos como para rea-

Figura 6 - Control de motores paso a paso con componentes discretos.

Saber Electrónica

62

Controladores de Motores Paso a Paso puede ser de 12V, si el motor es de 5V, entonces puede alimentar al circuito con esta tensión. En definitiva, puede emplear motores con tensiones de entre 5V y 15V y en todos los casos la tensión de alimentación del controlador se adaptará a la del motor. Los pulsos que permiten el giro se aplican entre el borne marcado como step1 en el circuito de la figura 6 y masa. La placa sugerida se muestra en la figura 7. Sobre esta placa debemos aclarar que el positivo de la tensión de alimentación (12V en este caso) debe aplicarse a dos puntos de la placa y  que se debe realizar una conexión por medio de un cable entre las patas 16 de IC1 y 9 de IC2. Debe tener en cuenta que el diseño de esta placa se ha realizado para soportar corrientes pequeñas (control de motores de pequeño tamaño) razón por la cual, si desea controla motores de mayor tamaño, deberá aumentar el tamaño de las pistas tanto en colectores como en emisores de los transistores de salida. ☺ Lista de materiales del circuito de la figura 6

IC1 - CD4027 - Circuito integrado CMOS, doble flipflop JK IC2 - CD4027B - Circuito integrado CMOS con compuertas OR exclusive Q1 a Q4 - TIP41A - Transistores NPN (dotados de disipador en caso de emplear corrientes de más de 500mA de corriente de bobina) D1 a D4 - 1N4002 - Diodos rectificadores de 1A R1 a R4 - 1k Ω SW1 - Interruptor simple inversor BOB1 a BOB6 - Conectores o pines para los contactos del motor paso a paso STEP 1 - Contacto o pin para colocar los pulsos de avance o retroceso del motor Figura 7 - Circuito impreso del controlador con componentes discretos.

Varios:

Placa de circuito impreso, gabinetes para montaje,

lizar tareas de gran torque. Si va a emplear motores de 12V, la tensión de alimentación del circuito

fuente de alimentación, motor paso a paso (ver texto), etc. Saber Electrónica

63

M O N T A J E  Este dispositivo, que bien podríamos llamarlo una  bobina de efecto tesla de estado sólido, permite obtener hasta 40.000 volt partiendo de 24V de corriente alterna. El equipo se alimenta de la red  eléctrica aunque de forma aislada ya que el pri mer transformador (de 220 a 24) aísla la red al  tiempo que reduce la tensión de entrada. En este circuito, publicado en pablin.com, usamos un fly back viejo obtenido de un televisor en desuso. Es  mejor utilizar uno del tipo primitivo, sin triplicador   ni diodo de alto voltaje. Este tipo de transformadores originalmente permitían obtener tensiones del orden de los diez mil voltios fácilmente.

BOBINA

P

DE

rimero deberemos deshacer el primario original del fly-back y construir sobre el núcleo el nuevo. Si el fly-back tiene todo un recubrimiento plástico es indicio de triplicador incorporado, en cuyo caso nos convendría conseguir otro mas antiguo. El bobinado de potencia (formado entre los puntos C y D) está compuesto por diez espiras de alambre AWG18 con una toma central (o sea, cinco espiras, la toma central y  otras cinco espiras mas). El bobinado de control (formado entre los puntos A y B) está compuesto por cuatro espiras de alambre AWG22 con una toma central (lo que sería igual a dos espiras, la toma central y otras dos espiras mas). Los transistores deberán estar debidamente disipados térmicamente a fin de evitar problemas por sobre temperatura. Las resistencias son de calentar mucho, así que a no asustarse si queman. Podemos convertir este dispositivo en portátil tan solo reemplazando la fuente de CA-CC por dos baterías de auto en serie. Saber Electrónica

64

TESLA

Es posible colocar un triplicador de TV en la salida para multiplicar la tensión obtenida. Otra prueba interesante es tomar un tubo fluorescente con la mano y acercarse de a poco al flyback. Mucho antes de hacer contacto la electricidad estática hará que el tubo brille con fuerza. J

COMPONENTES  En esta edición publicamos el   montaje de un termómetro con display de barras a Led, utili zando el LM3914. Este circuito,  muy similar al LM3915 es ideal   para la construcción de voltímetros, vúmetros, etc., ya que traducen la tensión presente en una de sus entradas en estados  bajo/alto de sus diez salidas, pudiendo configurarse como un display de barra o de punto. En este artículo explicamos el detalle de uso de estos integrados en proyectos comunes. Informe de Luis Horacio Rodríguez

LM3914 Y LM3915 DISPLAY DE BARRAS MÓVILES al como explica Ariel Palazzesi en un post de  www.neoteo.com, estos circuitos integrados son a menudo usados por los amantes del tuning, ya que brindan una alternativa muy sencilla y económica de proveer a nuestros proyectos de atractivos pilotos luminosos como ser vúmetros, analizadores de espectro, etc. El LM3914 es un circuito integrado monolítico que censa el nivel de voltaje presente en su entrada, y controla 10 LEDs, proveyendo una escala lineal de 10 pasos. Dispone de un pin para cambiar el modo de funcionamiento, permitiendo elegir si la representación va a ser una barra de luz, o solo un punto. La corriente que circula por los LEDs es regulada y programable, de manera que no se necesitan resistencias individuales para cada uno de ellos. Esta característica, entre otras, le permite trabajar con menos de 3 volt de tensión de alimentación.

T

El integrado contiene su propia referencia de tensión, y un divisor de tensión de 10 etapas, cuyas salidas son las encargadas de manejar los LEDs. La entrada esta protegida contra sobre tensiones, por lo que no es necesario dotarlo de protecciones adicionales si no se esperan entradas que superen los 35 volt. Es posible “encadenar” varios LM3914 para obtener escalas de 20, 30 o hasta 100 Leds (el proyecto que publicamos es un ejemplo de esto).  Ambos extremos del divisor de voltaje son disponibles desde el exterior del chip. Los componentes adicionales que se necesitan para construir un voltímetro basado en este integrado son escasos, bastando con un resistor, los 10 LEDs y una fuente de 3 a 15 volt para tener un prototipo funcionando. Si el resistor es un potenciómetro, se puede variar la intensidad del brillo Saber Electrónica

67

Componentes de los LEDs. Al usar el LM3914 en modo punto, la corriente consumida es muy pequeña, y  puede ser alimentado con una simple pila de 9V durante varios meses. En este modo, se produce un ligero solapamiento entre cada uno de los niveles de la escala, brindando un efecto de transición entre el encendido de uno de los LEDs y  el siguiente, de manera que nunca estén todos apagados y  reproduzca una lectura errónea. El LM3914, cuyo diagrama interno se muestra en la figura 1, dispone de 18 pines, dispuestos en dos filas de 9, como es habitual en chips de este tamaño. Dos de ellos están destinados a la alimentación del integrado, por lo que el pin numero 2 deberá conectarse al negativo de la fuente de alimentación, y  el pin 3 al positivo. Recordemos que la fuente debe entregar una tensión de corriente continua de entre 3V y 15V. El pin 1 es el que controla el primer LED de la escala. Los demás Led deberán conectarse a los pines 18 al 10 (Led 2 al 10 respectivamente). Esta numeración, que a primera  vista puede parecer extraña, tiene una importante razón de ser. Al estar distribuidos de esta manera, los Led se conectan a todos los pines de un mismo lado del integrado, con la excepción del Led 1 que se conecta al pin 1, lo que facilita mucho el diseño de los circuitos impresos. La pata número 9 es la encargada de seleccionar el modo de funcionamiento del chip. En

Saber Electrónica

68

Figura 1 - Diagrama interno del LM3914.

efecto, si conectamos este pin directamente a 0V, el display formado por los Led funcionará en modo punto, mientras que si lo conectamos a +V  funcionará en modo barra. La corriente que circula por el pin 7 es la que determina el brillo de los Led. Un brillo adecuado se obtiene conectando una resistencia de unos 1000 Ω entre este pin y 0V.

LM3914 y LM3915: Display de Barras Móviles Por último, el pin número 5 es la entrada de la tensión a medir, la que será tratada internamente para decidir cuáles Led se encienden y cuáles deben permanecer apagados. La figura 2 nos muestra la disposición de pines del chip. Por lo dicho, las características del LM3914 lo hacen Figura 2 - Pines del LM3914/15. ideal para la construcción de indicadores, generalEl pin 8 es el que se encarga de tomar la refemente destinados a medir tensiones (voltímetros). rencia de la escala. Mediante una resistencia Uno de los esquemas propuestos por el fabriconectada entre este pin y 0V se puede variar el cante en la hoja de datos es el de la figura 3, esquema de encendido de la escala. donde podemos ver al LM3914 conectado a 10 Los pines 4 y 6 son los extremos (bajo y alto resLed y que incluye un par de resistencias y opciopectivamente) del divisor. nalmente un capacitor electrolítico, que sirve en caso de que detectemos oscilaciones en el circuito. Las fórmulas que se describen en el circuito nos sirven para calcular el  valor de las resistencias R1 y R2 en función de la corriente que deseamos que circule por los Led y  de la escala elegida. Los  valores propuestos son para un voltímetro con un rango de 0 a 5V, con medio volt por LED, pero puede ser fácilmente modificada. En general, un valor de 1000 a 1200 ohm para R1 permite una corriente por los Led de unos 10mA, lo que proporciona una luminosidad Figura 3 - Escala gráfica propuesta por el fabricante como medidor de señal. adecuada en la mayo-

Saber Electrónica

69

Componentes ría de los proyectos. Note que la pata 9 está conectada a +V, esto hará que nuestro voltímetro funcione en modo barra. La figura 4, también propuesta por el fabricante, nos muestra la manera en que podemos conectar dos LM3914, de forma de tener una escala de 20 Led. Hay que prestar atención a la manera en que se conectan el último LED del primer LM3914 con el primer LED del segundo integrado. Nuevamente, un capacitor electrolítico de 2.2µF nos ayudará a evitar oscilaciones indeseadas. La parte del esquema correspondiente a la entrada de la señal es idéntica a la de la figura 2, y compartida por ambos integrados. El LM3915 difiere del LM3914 solamente en que en lugar de tener una escala lineal, posee una escala logarítmica, con una separación de Figura 4 - Conexión de dos integrados para tener una escala de 20 Led. +3dB entre puntos de la escala. Esta caracteríspunto). Los demás componentes solo se incluyen tica lo hace ideal para las aplicaciones relacionadas con el audio, dado que la intensidad sonora a efectos de adecuar la señal de audio a la entrada del LM3915. también es función logarítmica. En este esquema también vemos una llave, que Por último, la figura 6 nos propone un circuito para reemplazar el Led que indica la actividad de es la que nos permitirá seleccionar en cualquier momento el tipo de escala a utilizar (barra o un disco duro de una PC mediante una barra lumi-

Saber Electrónica

70

LM3914 y LM3915: Display de Barras Móviles dando un efecto óptico muy agradable a la vista. Las resistencias  variables nos permiten ajustar el extremo de la escala, manipulando el nivel de la señal de entrada. Estos dos potenciómetros pueden ser del tipo pre-set, ya que una vez ajustados no es necesario  volver a tocarlos (incluso, pueden ser reemplazados por Figura 5 - Vúmetro a Led con el LM3915. resistencias de valor fijo). nosa. En este caso la entrada del LM3914 está Estos dos integrados de National son muy fáciles conectada mediante un optoacoplador, cuyo de conseguir, y su precio es sumamente accesiLed está conectado (cuidando la polaridad) en el ble. Estas características, sumadas a lo que se fue lugar donde se conecta en la placa madre el Led explicando a lo largo del artículo, hacen que no del frente de la CPU. tengamos excusas para tomar el soldador y sobre Un pequeño capacitor se utiliza para “suavizar” un pequeño trozo de circuito impreso de los que los movimientos de la barra (o del punto), brin ya viene perforado, armar un pequeño indicador luminoso. Seguramente encontraremos utilidad para él, ya sea en nuestro equipo de audio, TV o como indicador de la tensión de la fuente de nuestra PC. ☺

Bibliografía

Figura 6 - Circuito para Reemplazar el LED que Indica la Actividad de un Disco Duro.

LM3914: Dot/Bar  Display Driver  (National Instruments).  www.neoteo.com (Ariel Palazzesi)

Saber Electrónica

71

Cuaderno del Técnico Reparador

 Manual de Entrenamiento Sanyo TL5110LCD

T  ELEVISORES DE  P  ANTALLA P  LANA DE  LCD En base al manual de entrenamiento  TI5110LCD de Sanyo, comenzamos a  publicar una serie de artículos destinados  a explicar “técnicamente” el funciona-  miento de los televisores de pantalla  plana de LCD de Sanyo, con el objeto de  poder brindar parámetros de búsqueda  de fallas y su reparación.

Autor: Ing. Carlos de la Fuente

INTRODUCCIÓN En varias ediciones de Saber Electrónica publicamos artículos relacionados con la construcción y el funcionamiento de las pantallas planas de LCD usadas en los televisores modernos, también publicamos tomos de la colección Club Saber Electrónica sobre este tema. Es por eso que este trabajo, que es una traducción con arreglos del manual de entrenamiento Sanyo TL5110LCD, abreviaremos conceptos y datos teóricos, dado que está orientado a técnicos reparadores. Sólo mencionaremos las principales funciones de cada bloque y/o elemento y su relación con posibles fallas. La pantalla de LCD se usa para mostrar la señal eléctrica convertida a partir de datos de imagen en pantalla CRT. Se usan transistores de película delgada (TFT) conmutados por la señal eléctrica que cambian la transmisión a luz en pequeños elementos

de imagen (pixeles) del LCD. La pantalla LCD construye la imagen agrupando estos elementos de cada color RGB.

CONSTRUCCIÓN DE LA PANTALLA LCD Para la descripción de este manual tomaremos como base los siguientes bloques:

Pantalla LCD: El cristal líquido está empaquetado entre los módulos de plaqueta (TFT y Común) y se construye el panel LCD. Se adosa una luz trasera al panel LCD.

Módulo de plaqueta (electrodo común): El electrodo común consta de una plaqueta polarizada, un filtro de color y un electrodo transparente en una placa de vidrio. Se forma una película de alineación en el electrodo transparente.

Saber Electrónica

72

Módulo de plaqueta (electrodo TFT): El electrodo TFT consta de una plaqueta polarizada y un electrodo transparente (electrodo de píxel y transistor excitador) en una placa de vidrio. Se forma una película de alineación en el electrodo transparente. Para nuestra descripción, el panel LCD y el obturador LCD son la misma cosa pero el primero se usa cuando hablamos de su estructura y el segundo para indicar la función.

COMPONENTES

PRINCIPALES

DE LA PANTALLA LCD

Vea la figura 1 para referencia de los elementos que componen la pantalla LCD.

Obturador LCD: La tensión de alimentación a los electrodos transparentes entre el píxel y los lados comunes cambia el arreglo del cristal líquido. Armando 2 pla-

Manual de Entrenamiento Sanyo TL5110LCD

Figura 1 Saber Electrónica

73

Cuaderno del Técnico Reparador Figura 2 

Figura 3

Saber Electrónica

74

Manual de Entrenamiento Sanyo TL5110LCD Figura 4

Plaqueta polarizada: La luz con una dirección específica pasa a través de una luz polarizada.

Transistor excitador: El transistor de película delgada (TFT) se usa para excitar el obturador LCD de cada píxel.

Filtro de color: Es un filtro con 3 colores (R, G, B) arreglados para cada píxel.

Luz trasera: El cristal líquido no emite luz. Se necesita una fuente de luz para la pantalla. La fuente de luz se pone en el lado trasero del panel LCD y se llama “Luz trasera” (backlight). Vea en la figura 2 cómo es la construcción de un display de LCD y detalles del ensamble.

PRINCIPIO DEL CRISTAL LÍQUIDO

quetas polarizadas, la transferencia de luz desde la luz trasera se puede controlar mediante la relación de transparencia del obturador de LCD.

Cristal líquido: El cristal líquido es un material cuyo estado está entre sólido y líquido. Tiene ambas características y generalmente es un líquido turbio blanco. Sus moléculas normalmente son de un arreglo comparativamente opaco y cambia a transpa-

Película de alineación: Es

¿Qué es un cristal líquido?  Es un material cuyo estado está entre sólido y líquido. Tiene características tanto de sólido como de líquido, y generalmente es un líquido turbio blanco. Sus moléculas generalmente son opacas y cambian a transparentes con la aplicación de tensión o calor. Casi todos los materiales constan de un compuesto orgánico que toma la forma de una vara delgada o una placa plana. Hay 3 tipos de cristal líquido como se muestra en la figura 4 y dependen de la construcción y arreglo de las moléculas. Generalmente se usa el cristal líquido Nematic . a) Smectic   Las moléculas están en capas y dispuestas en paralelo entre sí. El centro de gravedad está dispuesto al azar en la capa.

una película para arreglar las moléculas de cristal líquido y está hecha de resina poliamídica.

b) Nematic   Las moléculas no están en

rente con la aplicación de tensión o calor.

Electrodo transparente (película): El Obturador LCD se opera mediante tensión de alimentación derivada de la señal de video. Para su electrodo de conexión se usa una película transparente (figura 3).

Saber Electrónica

75

Cuaderno del Técnico Reparador Figura 5 

capas. Están dispuestas en paralelo. El centro de gravedad se puede mover libremente alrededor del eje mayor. c) Cholesteric   Las moléculas están en capas y dispuestas en paralelo. La dirección de disposición del eje mayor de las capas vecinas se desplaza gradualmente. A fin de usar el cristal líquido para pantalla, es necesario disponer regularmente las moléculas de Nematic (proceso de frotamiento).

PROCESO DE FROTAMIENTO Después que se ponen sustancias químicas en la placa de vidrio, se endurecen, y luego la superficie de la placa se frota con una tela para fijar la dirección de las brechas que se forman. La dirección de disposición de las

moléculas se establece en las brechas. Este proceso se usa para cambiar las características de modo que las moléculas que tocan la superficie frotada están dispuestas según el eje mayor de la dirección frotada. Esta película delgada en la placa de vidrio se llama “película de alineación”.

FUNCIONAMIENTO DEL CRISTAL LÍQUIDO La sustancia química requerida para el material de cristal líquido es una que reacciona de modo que la dirección del arreglo cambia de acuerdo con el campo eléctrico aplicado. En la pantalla LCD, se pone un cristal líquido entre dos electrodos. Cuando se aplica tensión entre ellos, se genera un campo eléctrico en el

Figura 6  Saber Electrónica

76

cristal líquido, y las moléculas de cristal líquido se mueven y arreglan. La luz trasera aplicada al cristal líquido pasa o se bloquea de acuerdo con la disposición de las moléculas, figura 6. Si se aplica un campo eléctrico de una fuente externa al cristal líquido, se generarán dipolos eléctricos que reaccionarán según la intensidad y la dirección del campo eléctrico. A través de la operación de estos dipolos eléctricos y el campo eléctrico, se genera la potencia de cambio de la dirección de las moléculas de cristal líquido. Por lo tanto, de acuerdo con un campo eléctrico externo, las moléculas de cristal líquido se mueven y cambian la dirección de horizontal a vertical. De esta manera culminamos  con esta primera entrega. En la pró-  xima edición analizaremos los prin-  cipios de operación del LCD . ☺

Cuaderno del Técnico Reparador

 Reparando un iPhone 4

C AMBIO

DEL

MOTOR V IBRADOR

Veremos los pasos a seguir para desar-  mar un iPhone 4 con el objeto de reem-  plazar el motor que permite la función  “vibrador” de dicho equipo. Para más  información y videos ilustrativos puede  dirigirse a www.ifixit.com. Por: Ing. Horacio D. Vallejo [email protected] e-mail:

amos a explicar cómo se desarma un iPhone 4, GSM, con 16 o 32 GB de capacidad, modelo A1332 (blanco y negro). Como es de costumbre, recuerde tener las herramientas apropiadas y ante la duda: “no lo haga”.

V

Paso 1 Antes de desmontar el iPhone, asegúrese de que está apagado. _ Retire los dos tornillos de 3,6 mm tipo Phillips que están junto al conector dock, figura 1. Apple ha sustituido recientemente a los dos tornillos de estrella con cinco puntos "Pentalobe" por tornillos tipo Philips. Si su iPhone 4 tiene 5 puntos "Pentalobe" en lugar de tornillos Phillips, debe utilizar el destornillador apropiado. Cuando haga el montaje, se recomienda colocar los tornillos de 5 puntos, equivalente de los tornillos Phillips. Paso 2 Empuje el panel posterior hacia

el borde superior del iPhone. El panel se moverá alrededor de 2 mm, figura 2. Paso 3 Levante el panel trasero, figura 3. Paso 4 Quite el único tornillo de 2,5 mm Phillips que fija el conector de la batería a la placa lógica, figura 4. Paso 5 Use una herramienta de apertura para iPod (o una uña plástica) para hacer palanca con cuidado en el conector de la batería desde los extremos más cercanos a los bordes superior e inferior del iPhone, figura 5. No haga palanca contra el clip de contacto. Retire el clip de contacto desde el iPhone. Paso 6 Use la pestaña de plástico para levantar suavemente la batería del

iPhone, figura 6. Tenga cuidado al quitar la batería con la lengüeta de plástico. En algunas unidades, Apple utiliza una cantidad excesiva de pegamento, lo que hace prácticamente imposible quitar la batería de esta manera. Si este es el caso, se puede utilizar uña metálica tipo espátula (tener un cuidado especial mientras se realiza esta operación). Retire la batería. Antes de volver a conectar el conector de la batería, asegúrese de que la presión de contacto (en rojo, en la figura 7) está bien situado al lado del conector de la batería. Antes de volver a montar, asegúrese de limpiar todos los puntos de contacto de metal a metal en la presión de contacto, así como su punto de contacto en el panel trasero con un limpiavidrios como desengrasante. Tenga en cuenta que los químicos en sus dedos (por la transpiración) tienen el potencial de causar problemas de interferencia.

Saber Electrónica

77

Cuaderno del Técnico Reparador Paso 7 Retire los dos tornillos que sujetan el vibrador a la estructura interna: uno es de 6 mm Phillips y el otro es de 1,4 mm Phillips, figura 8.

Paso 8 Retire con cuidado el motor de su compartimento y reemplácelo por una unidad en buen estado, si no consigue una unidad original, puede

emplear un sustituto de un teléfono similar. Para volver a montar el dispositivo, siga estas instrucciones en orden inverso. ☺

Tabla 1

Saber Electrónica

78

S

E

C

C

I

O

Seminarios Gratuitos Vamos a su Localidad Como es nuestra costumbre, Saber Electrónica ha programado una serie de seminarios gratuitos para socios del Club SE que se dictan en diferentes provincias de la República Argentina y de otros países. Para estos seminarios se prepara material de apoyo que puede ser adquirido por los asistentes a precios económicos, pero de ninguna manera su compra es obligatoria para poder asistir al evento. Si Ud. desea que realicemos algún evento en la localidad donde reside, puede contactarse telefónicamente al número (011) 4301-8804 o vía e-mail a: [email protected]. Para dictar un seminario precisamos un lugar donde se pueda realizar el evento y un contacto a quien los lectores puedan recurrir para quitarse dudas sobre dicha reunión. La premisa fundamental es que el seminario resulte gratuito para los asistentes y que se busque la forma de optimizar gastos para que ésto sea posible.

Pregunta 1: ¿Cuál es la definición que se tiene con blu-ray y cuál es la diferencia con DVD? Ernesto A. Selas. Respuesta: El DVD es capaz de dar una resolución de 720x480 en NTSC o 720x576 en PAL, lo que es ampliamente superado por la capacidad de alta definición ofrecida por el Blu-ray, que es de 1920x1080 (1080p). Blu-ray era el formato utilizado por los estudios de cine y TV para archivar sus producciones por ser el de mayor resolución; E N  E N O S   T Y  I   S  Í  V A SA  E VA C  U N  RA  O S  U E S T  E GA L R  E  E S  L L É V

N

.

D

E

L

.

luego se exportaba a archivos con la definición que se quisiera usar. Esto ya no es necesario, ya que las pantallas planas suelen traer esta definición y cuando se transmite en FULL HDTV se emplea esta resolución. Pregunta 2: Hola, compré las 3 revistas del Club sobre electrónica automotor y armé la interfaz con PIC. Me costó cargar el programa porque con el ICProg no pude programar el microcontrolador, pero al final lo logré. Ahora tengo un problema: ¿cómo puedo saber para que autos me sirve esta interfaz? Yo uso el programa Scan Master ELM y en algunos modelos conecta y en otros no. Raúl Altamira. Respuesta: Si al PIC le cargó el programa que sugerimos en el libro, entonces es multimarca y multiprotocolo, es decir, podrá conectar con cualquier vehículo con OBD II. Ahora bien, el programa ScanMaster-ELM es una interfaz gráfica y, para algunos vehículos no sirve. De hecho, para autos marca ALFA, OPEL y WV posee una pestaña especial de conexión. Es decir, si el auto tiene el conector OBD II y es a gasolina, podrá usar esta interfaz con cualquier PC, luego, según el modelo de auto, deberá emplear distintas interfaces gráficas en lugar del ScanMasterELM como ser, Scan Tool, OBDII Scan, etc. Ahora bien, es probable que el vehículo tenga en su ECU algún tipo de restricción que sólo permita conectarse con algún equi-

L

E

C

T

O

po “autorizado” por el fabricante. En ese caso, a la ECU hay que quitarle la interrupción y eso se hace mediante la aplicación de una tensión en algún punto del micro de la ECU, a ese procedimiento se le denomina “test point” o “PIN” y hay bases de datos como “Autodata” o “Tolerance Data” que indican dónde está dicho punto. Es fácil saber cuándo no conecta porque el programa (interfaz gráfica) no es el correcto o porque la ECU tiene algún tipo de protección, en los libros que usted posee se dice cómo se puede dar cuenta. Gracias.

Pregunta 3: Quisiera saber qué capacidades voy a tener si estudio Ingeniería Mecatrónica, porque en mi localidad se puede estudiar esta carrera pero no sé si tiene que ver o no con las nuevas tecnologías. Luis Alberto Alvarado. Respuesta: Se trata de una nueva carrera que trata de abarcar diferentes ramas de ingeniería y, en principio, “apunta a ser la carrera tecnológica más atractiva para los próximos años”. La mecatrónica combina la mecánica de precisión, la electrónica, la informática y los sistemas de control. Su principal propósito es el análisis y diseño de productos y de procesos de manufactura automatizados razón por la cual, me inclino a pensar que es la más apropiada para los que están interesados en el estudio de las nuevas tecnologías. ☺

ESTIMADOS LECTORES

Saber Electrónica lo atiende de lunes a viernes de 9:00 a 13:00 y de 14:00 a 18:00 en

San Ricardo 2072,

a 15 cuadras de la anterior dirección (vea en la página 79 cómo llegar).

VÍSITENOS EN NUESTRA NUEVA CASA durante Octubre y llévese Además, Para Su Comodidad,

 b i é n  o s  m  a  T  e r a m  d e  p  s  l o e  l  b a r r i o  o  e n e e l g r a n  B

CDs y revistas de REGALO (a su elección).

Saber Electrónica

También lo Atiende los

R

Sábados

en el Local de CENTRO JAPONES DE ARGENTINA , en Belgrano (Capital Federal) O´Higgins 2125 Local 20, Teléfono: (011) 3970-4486

a 4 Cuadras de Cabildo y Juramento y a 3 Cuadras de Barrancas de Belgrano Horario de atención: L. a V. de 9:15 a 13:00 y de 14:00 a 18:00; SABADOS: de 9:00 a 13:30

Centro Japonés de Argentina también le ofrece UN A GRAN VARIEDAD D E PRODUCTOS

IMPORTADOS  

a los MEJORES PRECIOS DEL MERCADO Todos los Productos y Promociones con la Mejor Atención y Todo el Asesoramiento