http://www.inventable.eu Como conectar dispositivos a un microcontroladorPosted on 15 septiembre 2010 by inventable4 Comments Leave a commentCuanto se presenta la exigencia de conectar dispositivos externos a un microcontrolador como por ejemplo sensores, a menudo se optasimplemente por la conexin directa, es decir, el cable de seal de salida del sensor a la entrada del micro.Este modo es valido solamente cuando la distancia entre ambos se reduce a unos pocos centmetros, cuando los niveles de seal soncompatiblescuando la alimentacin es !nica. "i una de estas tres condiciones no se cumplen, el sistema obtenido puede #uncionar enmodo incorrecto, con #alsos seales o inclusive, con el blo$ueo del microcontrolador debido a inter#erencias o a di#erencias de potencialentre los dispositivos.%n caso com!n donde se presenta este tipo de problemas es &rduino, piedra 'loso#al de una amplia comunidad de ()*ers. (esde unpunto de vista electrnico, &rduino consiste simplemente en una tarjeta con a bordo un microcontrolador &tmel, un convertidor +",-,a %".un regulador de alimentacin. /as entradaslas salidas del micro se encuentran disponibles directamente en los conectoresde entrada/salida 0in/out1 si ning!n tipo de aislamiento o 'ltro. 2or lo tanto, si se usa &rduino en instalaciones complejas, con largoscables de conexin entre dispositivos, la cosa mas probable es $ue el microcontrolador se blo$uee #recuentemente o no #uncione comoes debido."epuedenintercalar 'ltros+C, generalmentecompuestospor condensadoresresistencias. Estostienenlasdesventajadeunareduccin de la banda pasante 0la velocidad de la in#ormacin $ue puede pasar en el tiempo1por otro lado no resuelven el problemade las di#erencias de potencial entre sistemas.Sinking (NPN) y Sourcing (PNP)%na de las nociones menos consideradas cuando se trabaja en la conexin de sistemas electrnicos es el concepto de 3"in4ing and"ourcing3 o, mas conocido como 525252. "in4ing 05251"ourcing 02521 son t6rminos $ue de'nen el tipo de conexin digital entreunidades de control cuando se trabaja en corriente continua 0(C1 independientemente del tipo de dispositivo usado para la conexin0rel6, transistor, etc.1.En la primer 'gura podemos observar una conexin del tipo "in4ing o 525 en la cual la salida del dispositivo se conecta a masa cuandoes activa, es decir cuando el transistor conduce. En este caso, la carga del dispositivo receptor se encuentra conectada a positivo parapermitir un pasaje de corriente.En la segunda 'gura se encuentra representada una conexin del tipo "ourcing o 252 en la cual el transistor de salida est7 conectadoal positivo mientras $ue la carga del dispositivo receptor est7 conectada a masa.8bserven $ue en el primer caso 0"in4ing1 el transistor es del tipo 525 mientras $ue en el segundo 0"ourcing1 el transistor es del tipo252. Este es el motivo por el cual las dos con'guraciones se llaman tambi6n 525252. 9eneralmente los dispositivos industrialesdisponen salidas de un tipo o del otro.Fotoacopladores%n #otoacoplador es un dispositivo compuesto por un #otoemisor como 0por ejemplo un led1un #otoreceptor encapsulados en un !nicochip. El #otoacoplador permite pasar un seal lgico a trav6s de un 3puente3 luminososin contacto el6ctrico entre entradasalida.Existen muchos tipos de #otoacopladores pero los mas comunes est7n constituidos simplemente por un ledun #ototransistor come seobserva en la 'gura. Cuando el led se enciende, el transistor pasa al estado de saturacin.En la 'gura siguiente se puede observar el uso de un #otoacoplador para aislar la entrada de un microcontrolador. En estado de reposo,el interruptor est7 abiertoel led del #otoacoplador est7 apagado mientras el transistor, no recibiendo lu: se encuentra en estado decorte. /a entrada del micro se encuentra a nivel alto gracias a la resistencia de pull;up +,. Cuando se cierra el interruptor, empie:a apasar corriente por el led del #otoacoplador $ue se enciende, el transistor del #otoacoplador recibe la lu: del ledpasa al estado deconduccin llevando la entrada del micro a masa 0estado bajo1."e puede ver $ue los dos circuitos 0el del ledel del micro1 se encuentran alimentados por dos #uentes distintas 0A. 2or el contrario, sideseamos modular la potencia de salida a trav6s de la modulacin 2JE, nos conviene un valor de resistencia de ?,@A, -,-A o =,,Ainclusive. /a mejor eleccin depende #undamentalmente de la #recuencia 2JE./a resistencia de =>>A a masa sirve para de'nir un estado lgico preciso en el caso $ue el micro no lo hiciese como por ejemplo en la#ase de iniciali:acin del mismo."i tuvi6ramos la necesidad de conectar un mos#et no 3logic level3 a un circuito digital, podemos agregar un transistor $ue nos permitaaumentar la tensin de control como podemos observar en la 'gura siguiente.Ejemplo de conexin de un mos#et no 3logic level3 de canal 5El principio de #uncionamiento es mu simple. Cuando la salida del microcontrolador tiene un nivel lgico bajo 0> volt1, el transistor noconducepor lo tanto, su colector, $ue se encuentra conectado al 9ate del mos#et tendr7 un potencial positivo de =,< a trav6s de laresistencia a positivo. Cuando la salida del microcontrolador pasa a nivel alto, 0=,G1.)mpulsossilencios del transmisor )+.Me capturado algunas im7genes de mi osciloscopio para $ue puedan ver las #ormas de ondalos tiempos del transmisor. En la primeraimagen podemos ver los impulsos con una base de tiempo de B>>u"ec. por cuadrito. /a #recuencia 0$ue se puede ver abajo con la letra3#3 es de aproximadamente =->> M:.(uracin de los impulsos del transmisor )+.En la segunda imagen he hecho un :oom hori:ontal 0base de tiempo de =>>u"ec por cuadrito1 para evidenciar la duracin del periododesilencioentrelos impulsos. Comopuedenobservar es deaproximadamente@B>u"ec. 0menos deGcuadritos1. 2or !ltimo,aumentando todava el :oom hori:ontal 0base de tiempo de B"ec. por cuadrito1 podemos ver bien la duracin de ,Bu"ec.0B cuadritos1de cada impulso transmitido.C= rel6 =,< con contactos normal cerradonormal abierto= conector con bornes de , vas= conector con bornes de - vas= circuito impresoUn led co'o -.as del fototransistor(etalle del montaje del led de bas.Cuando constru el prototipo, he notado $ue el circuito era mucho m7s sensible cuando la habitacin estaba iluminada respecto acuando no lo estaba. Como tena la necesidad de una barrera $ue llegara a muchos metros de distancia, independientemente de la lu:ambiente, decid de agregar un led rojo $ue alumbrara permanentemente el #ototransistor en modo tal de introducir un 3bas luminoso3constante para minimi:ar la inKuencia de la lu: ambiente. En la #otogra#a pueden observar como lo he montado./-ser0acionesEl alcance de la barrera depende de la potencia e de la concentracin de la lu: in#rarroja producida por el emisorpuede variar entre =metroB metros. 2ara obtener la maor potencia luminosa es necesario instalar los tres leds in#rarrojos , si es posible, usar modeloscon un 7ngulo de emisin mu estrecho como por ejemplo el "FM?B==. "i no es necesario tanto alcance pueden usar diodos m7scomunes como por ejemplo el /(,@=, el /(,@? o cual$uier led )+ de telecomando. 2ara el #ototransistor o he usado el "FM->C peropienso $ue otros tipos do #ototransistores trabajen bien 0ojo, no #otodiodosOO1.(i#erencia de tamao de las resistencias de =/GJ=/?J/os circuitos impresos est7n previstos para usar resistencias de =/G Jatt $ue son mu pe$ueas. 2or este motivo la distancia entrepatas es de solo Bmm. "i por cual$uier motivo deben usar resistencias de =/? watt pueden montar estas !ltimas en vertical comopueden ver en la 'gura./as resistencias de =/?J se pueden montar verticalmente./tras aplicaciones/a aplicacin m7s simple de este circuito es como detector de pasaje de personas o pasaje de objetos. 9racias a la salida con rel6,pueden conectarlo a cual$uier tipo de dispositivo el6ctrico o electrnico. &l inicio del artculo mencion6 la posibilidad de usar estesistema como sensor reKexivo. 2ues bien, simplemente debemos montar receptortransmisor uno al lado del otro, agregando un tro:ode cartn 0u otro material1 entre los leds transmisoresel #ototransistor para $ue no haa inter#erencia directa entre ellos. %sado comosensor reKexivo, el rel6 trabajar7 al contrario, es decir, se desactivar7 cuando el sensor detecta un objeto. 2or este motivo, el proectousa un rel6 con tres contactos de salida: com!n, normal abiertonormal cerrado en modo tal $ue se pueda usar de los dos modos sinnecesidad de modi'car el circuito. & continuacin les muestro un video en el cual el sensor trabaja en las dos modalidades: al principiocomo barreraal 'nal como sensor reKexivo.+ecuerdo $ue este circuito no tiene memoria 0elrel6 se activa solo en elmomento $ue se interrumpe la barrera1no es posiblemodi'carlo para esta #uncin 0por lo menos no en modo simple1.En mi laboratorio no tengo otros modelos de #ototransistores o leds )+ para poder proponerles reempla:os. /es propongo $ue pruebenustedes. "i obtienen buenos resultados con otros modelos les pido de contarnos vuestra experiencia en la seccin de los comentarios."olo tengan en cuenta $ue para el receptor o he usado un #ototransistorno un #otodiodo 0$ui:7s #uncione tambi6n con este !ltimopero no lo se1.2ara terminar les cuento $ue en esta publicacin he incluido todos los elementos $ue generalmente los lectores me piden en )nventablecomo por ejemplo el circuito impreso en #ormato 2(F, listo para imprimir, como tambi6n la #uente en #ormato AiCad, un video deldispositivo en accinpor !ltimo el elenco de los componentes.Sistema fotovoltaico simplificadoPosted on 15 noviembre 2013 by inventable48 Comments Leave a commentEn este artculo describo la construccin de un sistema#otovoltaico completo para alimentar una pe$uea instalacinel6ctrica de =, en serie con las entradas. /os diodos"chott4 tienen la ventaja $ue la cada de tensin entre sus terminales esm7s baja respecto a los diodos normales. "ola la entrada &%R no tiene diodo. Esta entrada puede servir para conectar otros paneles#otovoltaicos agregando un diodo en serie por cada panelconectado. Qanto en las entradas como tambi6n en la salida de =,< heprevisto #usibles normales de ,>mm. /a corriente de estos #usibles depende de la potencia $ue pensamos de manejar. En mi caso, ohe usado #usibles de B&.Encapsulado de los mos#etsde los diodos(ebido al hecho $ue ha solo un disipador compartido para todos los mos#etdiodos, es necesario aislar estos componentes usando4its de montaje para encapsulado Q8,,> como explico en mi gua3montaje de disipadores de calor para Q8,,>3.Circuito impreso de la unidad de control #otovoltaica,lenco de co'ponentes= resistencia de =A =/? wattB resistencias de ,,,A =/? watt= resistencia de ?,@A =/? watt@ resistencias de =>A =/? watt, resistencias de ajuste 0preset o trimmer1 de ?@A o B>A- capacitores de =>>nF 0>,=uF1, capacitores de ,,uF ,B< 0o ?@uF ,B 0"chott4 de potencia1? leds verdes -mm, leds amarillos -mm, transistor .CB?G 0o .CB?@ o .C--@1, Eos#et )+FB->B 0u otros modelos de potencia de canal 21= Eicrocontrolador 2)C =,FH@B= regulador @G/>B= pulsador simple o doble= interruptor de encendido para circuito impreso= :ocalo G pin 0G()2->>1= disipador 0per'l rectangular de aluminio1? 4its aislantes para encapsulados Q8,,>B borneras de dos vas 0o conectores1- porta#usibles para circuito impreso 0#usibles de ,>mm 1- #usibles de ,>mmB&circuito impreso, accesorios de montajeEl microcontrolador mide la tensin de la batera, $ue es tambi6n la tensin de salida del sistema, a trav6s de un convertidor analgicodigital 0&(C1 incorporado. (ebidoa$ueeste&(Cnopuedemedir tensionessuperioresaBAuna de ?,@A. El micro tiene otras - entradas analgicas, dos de las cuales son usadas para losdos preset de regulacin de los umbrales.2onsideraciones so-re el panel foto0oltaico y la -ater.a/os paneles #otovoltaicos de =,< en realidad generan una tensin mas alta $ue puede llegar hasta =@< . "i no #uera as, no sera posiblecargar bateras de =,< sin la auda de convertidores (C;(C $ue aumentaran la tensin a =-< o m7s. 5aturalmente, esta tensin de=@< disminue cuando conectamos nuestra batera al panelesta empie:a a absorber corriente./a corriente de carga m7xima inicial $ue una batera soporta 0con un aumento ra:onable de su temperatura interna1 es del ,>L de sucapacidad nominal aun$ue si o pre'ero no ir m7s all7 del =>L. 2or lo tanto, si conect7ramos una batera de ,> &/hora, la corriente decarga inicial no debera ser maor de ,&. "abiendo $ue nuestro panel es de =, watts, conviene usar una batera m7s grande por ejemplo de ?> &/hora. "e puede agregar unsistema electrnico $ue permita de limitar la corriente m7xima entregada por el panel aun$ue si o pre'ero de usar simplemente unabatera $ue sea capa: de 3digerir3 sin problemas la potencia m7xima $ue un panel puede entregar sin poner nada en el medio 0si laenerga est7 disponible pre'ero aprovecharla toda1.Foto de la unidad de control #otovoltaica desde el lado de los #usibles2onsideraciones so-re la fuenteFundamentalmente la #uente sirve para evitar $ue la batera se descargue si nuestro consumo el6ctrico es maor respecto a la potencia$ue nuestro panel solar entrega en un cierto perodo de tiempo. Esto puede suceder si nuestro panel es demasiado pe$ueo respecto anuestra necesidad o tambi6n en base a las condiciones meteorolgicas como por ejemplo los das nublados o en el perodo invernal. Enmi caso por ejemplo, en invierno el panel casi no trabaja por$ue el sol est7 mu bajolos edi'cios delante de mi casa me permitensolo un breve perodo de produccin el6ctrica a trav6s del sol. 2or lo tanto, por varios meses 3viajo3 #undamentalmente con la energade la red. 2or eso es mu importante para mila #uente./a #uente $ue uso es del tipo switching, de =-,G< 0vendida como =,< regulables1es capa: de entregar una corriente de H&, es decir,con una potencia m7xima de G> Jatt. 2ara evitar la posibilidad de una excesiva corriente hacia la batera, he regulado la tensin desalida exactamente a =-,G< 0teniendo en cuenta la cada sobre el diodo E.+=HH> a la batera llegan =-,Bohmdetermina la corriente m7xima $ue la #uente puede entregar antes $ue se active el sistema de proteccin de corriente. 2ara determinarsu valor podemos usar la siguiente #rmula:+ D ,H / ).2or ejemplo, para una corriente de ,& la resistencia sera de >,H< / , D >,- ohms. /a potencia de la resistencia en este caso serTa de 2D < I ) D =,, watts3escripcin del 4r'5areEl so#tware del micro lo he escrito en Ces relativamente simple. Est7 compuesto por un bucle principal 0while1por pocas #unciones:unadeiniciali:acin0#uncinsetting1, unaparalalecturadel &(C0#uncin readUadc1una$ueaudaenlaconmutacindelosestados0#uncin statusUswitch1. El sistemapuedeadoptartresestadosdistintosenbasealatensindelabatera:.&QU58+E&/,.&QUF%//.&QUEE2Q*..&QU58+E&/: es el estado en el cual el panel solar esta conectadola batera se encuentra en carga normal a trav6s del sol..&QUF%//: la batera est7 completamente cargadapor lo tanto el panel solarla #uente est7n desconectados.&QUEE2Q*: la tensin en la batera ha disminuido m7s all7 de un cierto lmitepor lo tanto el sistema ha conectado la #uente deemergencia para cargar la batera.Como mencionado en la descripcin del sistema, los estados .&QUF%//.&QUEE2Q* tienen hist6resis. Ee explico mejor. "upongamos$ue la tensin de la batera disminue por debajo de la tensin de umbral mnima 0batera descargada1, por lo tanto el sistema pasa alestado .&QUEE2Q* conect7ndose la #uente de emergencia para cargar la batera. %na ve: $ue la batera empie:a a tomar carga, latensin inmediatamente superar7 el umbralpor lo tanto el sistema pasa a .&QU58+E&/ desconectando la #uente. El problema es $uela batera, en tan breve tiempo no se logra cargar. "u tensin desciende enseguidanuevamente pasa a .&QUEE2Q*, as al in'nito.2ara evitar este problema 0tpico de todos los sistemas autoregulados1 se usa la hist6resis $ue simplemente consiste en crear dosumbralesdistintos, unocuandosebajaotrocuandosesube. 2orejemplo, la#uenteseactivacuandolatensindelabateradesciende de los ==,B< mientras $ue se desactiva cuando se superan los =,,B $ue e$uivale aproximadamente a >,G< de hist6resis.5o excluoen el #uturo de modi'carlosprobablemente de di#erenciarlos entre si.Como expli$u6 antes, hacer la regulacin de los umbrales del sistema a trav6s de los presets con la hist6resis activada es cosa delocos. 2or este motivo he agregado un pulsador $ue desactiva provisoriamente la hist6resis para permitir esta regulacin. 2ara hacer$ueel programatrabaje assimplemente controloelestado del pulsador si se encuentra activado 0nivellgico >1 hago$uelasvariables vUoVsetU#ull vUoVsetUempt$ue determinan laamplitudde las hist6resis tengancomo valor > mientras$uecuandoelpulsador se encuentra desactivado 0nivel lgico =1 memori:o en vUoVsetU#ullvUoVsetUempt el valor ?>.2o'entarios 4nales"istema #otovoltaico en #uncinEn la #otogra#a pueden ver el prototipo #uncionando. Me aprovechado los mdulos para medir corrientestensiones $ue he publicadoenel blogtiempoatr7s$ueatenaarmados.El displa$uese veenel 7nguloin#erioralai:$uierda trabajajuntoconellos,visuali:ando las tensioneslas corrientes de entradade salida del sistema. Wui:7s logre publicar su reali:acin en el #uturo. (ecual$uier manera, estos mdulos no son necesarios para el #uncionamiento del sistema descritolas mediciones iniciales se puedenhacer tran$uilamente con un tester com!n. /es dejo para descargar el diseo del circuito impreso en versin AiCad 0programa gratis open source1, el 2(F si $uieren imprimirlo directamente sin necesidad de abrirlo con el programatambi6n el so#tware en Cen MER.Sensor de corriente para sistema fotovoltaico de baja potenciaPosted on 31 mayo 2012 by inventable14 Comments Leave a commentEn este artculo describo un sensor de corriente para paneles #otovoltaicos de baja potencia a =,,>B ohm para despu6ssalir por el conector 38%Q3. %n shunt es una resistencia de precisin de mu bajo valor $ue se usa generalmente para este tipo deaplicacin. En 6l cae una pe$uea tensin $ue, a trav6s de la le de 8hm, nos permite de calcular la corriente $ue pasa por el circuito.2or ejemplo, con una corriente de -&, la tensin sobre el shunt ser7 de ,>B D >,=BA permite de regular la salida de la medicin de corriente en modo $ue el circuito pueda trabajar con rangos decorriente diversos. En la primer gr7'ca podemos ver la tensin de salida $ue va al micro en base a la corriente medida. /a lnea rojam7s intensa muestra la tensin cuando el trimmer se encuentra en posicin intermedia mientras $ue las lneas naranjas in#erior superior se obtienen con la posicin mnimam7xima del trimmer.El circuito descripto permite tambi6n de medir la tensin de entrada de =,< aun$ue si en este caso, lo !nico $ue hace es de dividir los=,< a trav6s de las resistencias de --A=>A en modo tal de no superar nunca los B< $ue entran en el convertidor analgico ; digitaldel micro. /a segunda gr7'ca muestra la tensin en la salida $ue se conecta al microcontrolador en base a la tensin medida. 2or elhecho $ue a$u no tenemos un trimmer de regulacin, la lnea 0de color verde1 es !nica.Como dicho anteriormente, para los dos prototipos he usado inicialmente shunts de >,>B ohm= Jatt 02J+??=,;,";.;+>B>>F de la.ourns1 $ue me permiten de trabajar con corrientes de hasta B&. En base a los resultados $ue obtendr6 probablemente cambiar6 losshunts por otros modelos con resistencia mas baja en modo de poder trabajar con corrientes mas elevadas 0G & o => &1.Como se puede observar, el montaje es mu simple de hacer. El circuito impreso est7 proectado para usar resistencias de =/G Jatt$ue son mu pe$ueas 0B mm entre patitas1. "i no consiguen este tipo de resistencias pueden usar modelos m7s grandes 0por ejemplode =/? Jatt1 coloc7ndolas verticalmente. Qambi6n se puede modi'car el circuito impreso para adaptarlo a resistencias m7s grandes.2ara probar el circuito armado se necesita una #uente de alimentacin variable con corriente de salida de algunos amperes. Qambi6nsirve una cargaun multmetro 0tester1. 2ara la carga se puede usar una l7mpara algena de =,< ,> Jatt. 9irar el trimmer en posicincentral. Conectar el circuito a =,< sin cargamedir con un tester la tensin de salida en el terminal 3) sens3. /a lectura tiene $ue seraproximadamente de >,G Jatt la tensin debe subir aproximadamente a ,1 puede hacer $ue el sensor seademasiado sensible e inestable. El valore $ue o he adoptado permite una sensibilidad de algunos centmetros $ue se adapta bien conlos pe$ueos robots.Forma de onda de salida de los leds )+ 0en tur$uesa1de entrada del #ototransistor 0en amarillo1 cuando colocamos un objeto adelante del sensor.El sensor hace un ciclo completo de lectura 0una lectura con leds encendidosuna con leds apagados1 cada -,- m"ec, por lo tanto la#recuencia de actuali:acin es aproximadamente de ->> lecturas por segundo. En cada ciclo los leds est7n apagados por un periodo de-,=B m"ecencendidos >,=B m"ec, es decir, solamente un BL del tiempo total. 9racias a esto, como dicho precedentemente, elsensor consume mu poca corriente.Forma de onda de salida de los leds )+ 0en tur$uesa1de entrada del #ototransistor 0en amarillo1 $ue muestra la relacin apagado / prendido de los impulsosgenerados por el micro.El montaje de sensor es mu simple de hacer. /a !nica consideracin especial es la de meter el #ototransistor dentro de un pe$ueotubo de pocos milmetros como se observa en la #otogra#a 0o he usado un tro:o de vaina termorestringente1 para lograr $ue la lu: $uellega al #ototransistor sea solamente la reKejada.%otencia para step motor con entradas fotoacopladasPosted on 24 diciembre 2010 by inventable10 Comments Leave a comment"iguiendo con la serie de artculos relacionados con el control de motores paso a paso 0step motor1 esta ve: propongo una versindel pe$ueo driver de potencia para motor paso a paso con entradas #otoacopladas. Como descripto en mi artculo de introduccin, losdriver pro#esionales se proectan con este tipo de entradas para aislar el6ctricamente las distintas partes del sistemapara evitarinter#erencias. &consejo de leer el siguiente artculo donde trato con maor pro#undidad este argumento.