Nuevo PCB + Sorteo

Diseño de un nuevo circuito impreso con 2 dígitos de 7 segmentos, LED SMD, incluyendo los dos puntos separadores y el punto decimal. Este circuito impreso es compatible con el anterior de un sólo dígito que utilicé en el ‘Reloj SMD’. Así se pueden utilizar ambas placas en el mismo montaje y construir cualquier tipo de display, sin la necesidad de tener que pegar más diodos en el PCB.

Construye un Reloj SMD

Reloj serie con el nuevo PCB

Display de 4 dígitos

El display del último reloj que hice, estaba construido con 4 circuitos impresos  de un dígito de 7 segmentos. Cada uno del los dígitos permite el control de encendido de un punto decimal, el cuál se incluye en cada PCB. Sin embargo, este reloj utiliza además del punto decimal un separador central, formado por dos puntos LED. Como es lógico, para poder controlar 2 signos es necesario utilizar la salida del control decimal de 2 dígitos. Por otra parte, en los PCBs no estaba contemplada la posibilidad de montar los dos puntos separadores. La solución fue la de colocar 2 LED entre las dos placas centrales, pegando uno en cada tarjeta.

Pegar LED en el display

Ambos LED van conectados en serie. El ánodo de esta serie, como es el punto común, va conectado con la alimentación al +12V.

Cableado LED

El cátodo de la serie lo tuve que cablear hasta la salida de control del punto decimal del dígito anterior (el punto decimal del dígito de la izquierda no se utiliza en este reloj).

Nuevo PCB

A pesar de que la solución que tomé es válida, no queda muy elegante hacer semejante ‘engendro’ en un diseño nuevo. Al final decidí hacer otro circuito impreso, con los dos puntos además del punto decimal, y que fuera totalmente compatible con los circuitos impresos que ya tenía fabricados.

PCB: 2 dígitos de 7 segmentos

Este nuevo circuito impreso contiene 2 dígitos, y los dos puntos LED están montados entre ambos dígitos. Este circuito impreso va montado en el centro del display del reloj de 4 dígitos, ocupando los 2 dígitos centrales; y a cada lado va montada otra placa de un sólo dígito.

Nuevo display del Reloj

¿Dónde fabricar el PCB?

Actualmente hay muchas empresas que se dedican a fabricar circuitos impresos, pero no en todas podemos conseguir pequeñas tiradas a buen precio. Por suerte, ahora disponemos de Internet y es mucho más fácil que antes. Podemos buscar empresas en cualquier parte del mundo, y es más fácil encontrar un fabricante que haga nuestros prototipos (PCB) a buen precio. Por suerte, se puso en contacto conmigo el fabricante de circuitos impresos PCBWay, preguntando si quería hacer una colaboración con ellos. Lo primero que hice es visitar su página Web, y me pareció muy interesante su manera de trabajar.

Proyectos compartidos en PCBWay

https://www.pcbway.com/project/shareproject/

Esta empresa, aparte de ser grande y tener muy buenos precios, dispone de un apartado en su Web para alojar los diseños y poder compartirlos. Creo que la idea es muy buena para ambas partes. El diseñador recibe un porcentaje de las ventas que se realicen de sus diseños y el fabricante aumenta sus ventas.

Link of my shared project: 
PCB from PCBWay

Lote PCBs

Sorteo por cortesía de: PCBWay

Sorteo patrocinado por PCBWay

El sorteo se realizará el próximo día 23 de Diciembre de 2017, y habrá 3 ganadores. Cada ganador recibirá un cupón de regalo para mandar a fabricar sus propios PCB’s. Los circuitos impresos podrán ser de una o dos caras, y con un tamaño máximo de 100×100 milímetros… con transporte incluido.

PARTICIPANTES

El sorteo se realizará entre los suscriptores de este canal, que dejen un comentario en la línea de comentarios del video (YouTube). Si quieres participar, no te olvides de dejar sin marcar en tu cuenta de YouTube la casilla: ‘Mantener todas mis suscripciones en privado’ (por lo menos el día 23 de Diciembre).

Logo PCBWay
https://www.pcbway.com/

CIRCUITOS IMPRESOS (PCB)

Archivos GERBER para fabricar este nuevo PCB, con 2 dígitos de 7 segmentos:

PCB_Display_2x7.zip

Calidad del agua & Ósmosis Inversa

Purificación del agua mediante Ósmosis inversa. Calidad del agua según la Organización Mundial de la Salud (OMS). Valores TDS del agua potable en diferentes capitales de Europa. Funcionamiento de un sistema de filtración doméstico por Ósmosis inversa de 5 etapas. Medidas comparativas del valor TDS (proporción de partículas disueltas en el agua) antes y después del filtrado.

¿Qué es la Ósmosis?

La ósmosis está basada en el equilibrio de dos fluidos con diferentes concentraciones de sólidos disueltos (TDS). Cuando se juntan dos fluidos diferentes, con el tiempo tienden a mezclarse. Si ambos líquidos son del mismo volumen pero están separados por una membrana permeable, el fluido de menor concentración es el que atravesará la membrana para mezclarse con el de mayor concentración.

Presión osmótica

Al cabo de un tiempo se establecerá el equilibrio, quedando el fluido de mayor concentración con más volumen que el de menor concentración. La distancia entre ambas alturas se denomina Presión Osmótica.

Ósmosis Inversa

Si ponemos agua sucia y agua limpia en dos columnas separadas por una membrana permeable, y se aplica una presión superior a la presión osmótica en el fluido del agua sucia, que es el de mayor concentración de sólidos, se producirá el efecto inverso. Pasará por la membrana el líquido del agua sucia, y no sus sólidos disueltos, y subirá el nivel de agua limpia. Este proceso es  conocido como Ósmosis Inversa y se utiliza para depurar agua.

Ósmosis inversa

Dependiendo del tipo de membrana y concentración de sólidos disueltos, será necesaria una presión mayor o menor para obtener agua potable. Por ejemplo, la presión necesaria para potabilizar el agua de mar es de 60 bar.

Calidad del agua

La Organización Mundial de la Salud (OMS) y otras instituciones que regulan la calidad del agua consideran valores hasta los 500 mg/l como completamente seguros, y hasta 2.000 mg/l como suficientemente seguros para consumir de manera temporal, si no hay otra fuente de agua fácilmente disponible.

Calificación del agua según OMS

ÓSMOSIS INVERSA

Los sistemas de ósmosis inversa requieren de una corriente de agua que lave la membrana de forma tangencial mientras se realiza la filtración. Este lavado evita que la membrana se colapse a causa de los pequeños diámetros que tienen tanto las partículas filtradas como el poro de la membrana.

Interior filtro de ósmosis inversa

A la parte descartada se le llama ‘agua de rechazo‘ y puede ser reutilizada por el usuario para otros fines si así lo dispone en su instalación. El usuario de una ósmosis inversa doméstica puede reciclar esta parte de rechazo, conectando a un depósito adicional el tubo que normalmente va al desagüe. La proporción de agua de rechazo frente a la filtrada está determinada por el limitador de caudal (restrictor) que lleva el equipo justo antes de la conexión que va al desagüe. Una proporción aproximada de 4:1 es establecida por el fabricante.

Ósmosis Inversa para el agua potable

El agua que recibimos en nuestro hogar es potable, pero contiene mucha cal y otros elementos nocivos como: cloro, plomo, flúor, herbicidas, calcio, magnesio, mercurio, nitratos… y en algunos casos hasta cianuro. Aunque todos ellos lleguen en bajas concentraciones, no son nada aconsejables para la salud.

Ósmosis Inversa de 5 Etapas

Montar un sistema de ósmosis inversa partiendo del agua potable, es la solución más barata para asegurar la calidad del agua que bebemos y mejorar su sabor. Partiendo de agua potable, la presión que se necesita para que el sistema funcione correctamente está comprendida entre 3 y 5 Kg/cm2, dependiendo de la dureza del agua a tratar.

ÓsmosisEste tipo de agua es muy ligera y se elimina con más rapidez que otro tipo de aguas minerales, ayudando así a depurar el organismo, y además facilita el trabajo de filtrado que tienen que hacer los riñones.

Restrictor de desagüe

El control de caudal de agua que va al desagüe lo regula el restrictor, que funciona como una llave de paso medio abierta. La numeración que muestra el restrictor indica los mili litros de caudal de agua por minuto. El valor más bajo que se comercializa es de 300 mili litros por minuto. Dependiendo de la dureza del agua de suministro, se debería elegir un restircor  de caudal mayor o menor.

Restrictor

Cuando el valor TDS del agua es alto (aguas duras), es mejor utilizar un restrictor alto. Se perderá más agua, pero la salida del agua osmotizada será más pura y la membrana sufrirá menos. Con aguas más blandas es mejor un restrictor pequeño, porque así desperdicia menos agua. Si el rechazo es insuficiente, la membrana se dañará prematuramente, si es mayor, el desperdicio de agua puede ser excesivo. Se trata de encontrar un equilibrio entre la duración de la membrana y el desperdicio. La proporción citada puede variar en función de la salinidad, la temperatura, el desgaste de la membrana y la presión.

Filtro de ósmosis inversa

Los filtros de membrana de ósmosis inversa se catalogan por la cantidad de Galones de agua que pueden suministrar en un día (Galones por día = GPD). El valor que se suele instalar de origen en los equipos de ósmosis inversa, es de 50 GPD.

Filtros de ósmosis inversa

1 Galón = 3,78541 litros

Dependiendo de la calidad del agua de suministro, la calidad que queremos obtener a la salida y de los litros de producción, tendremos que elegir el tipo de membrana a instalar.

Manómetro

El manómetro se instala a la entrada del filtro de ósmosis inversa, después de la válvula de cierre. Cuando la válvula está abierta el equipo está funcionando, y el manómetro indica la presión de trabajo.

Manómetro

Si el depósito está lleno, la válvula se cierra y el manómetro se debe poner a cero. Si el manómetro nunca se pusiera a cero. nos indicaría que existe una fuga en el circuito. Estas indicaciones convierten al manómetro como imprescindible, pues nos da a conocer cómo está funcionando equipo.

Tabla de presión mínima para cada TDS

En las zonas donde el agua es blanda, con la presión del suministro que llega a las casas es suficiente para que funcione un equipo de Ósmosis inversa. Con aguas duras, o cuando la presión del suministro sea baja, intercalando una pequeña bomba de presión se soluciona el problema.

Depósito de agua

Los sistemas de ósmosis inversa producen agua con un caudal muy reducido. Por ese motivo es necesario intercalar un pequeño depósito de agua en la instalación, con el fin de disponer de una cierta cantidad de agua cada vez que abrimos el grifo. Cuando el equipo de ósmosis inversa no dispone de una pequeña bomba eléctrica para extraer el agua del depósito, se tiene que utilizar un depósito presurizado.

Depósito de agua presurizado

Estos depósitos en su interior disponen de 2 cámaras, separadas por una membrana elástica. En la parte superior es donde se almacenará el agua, y la cámara inferior tiene aire a presión. La presión del aire con el depósito vacío (sin agua en el tanque) es de alrededor de 0,5 bar. Esta presión irá subiendo a medida que se llene el depósito de agua. Cuando el depósito está lleno, la presión en la cámara de aire debería ser la misma que la del agua de suministro.

Construye un Reloj SMD

Fabricación de un Reloj-Cronómetro-Temperatura, encadenando 4 módulos SMD de 7 segmentos con control serie. El controlador de este reloj está construido a partir del micro controlador AT89S52, con encapsulado TQFP de 44 pines (SMD).

Hora en el display

ESQUEMAS

CPU: Reloj SERIE

Display: Reloj SERIE

Módulo RTC: DS1302

Las comunicaciones entre el micro-controlador y el chip de reloj DS1302 se realizan mediante 3 hilos:

  1. Reloj (SCLK)
  2. Entrada/Salida de datos (I/O)
  3. Habilitación (CE)
Módulo RTC: DS1302
Módulo RTC: DS1302

El módulo RTC ya incluye el cristal de cuarzo que necesita el chip DS1302, y una pila de 3V para mantener sus datos cuando falta la alimentación. La conexión entre este módulo y la CPU es de 5 hilos, 2 de la alimentación y 3 de control.

Comunicaciones con DS1302
Comunicaciones con DS1302

Sensor de temperatura: DS18B20

El control de este sensor de temperatura es bidireccional y se realiza mediante un sólo pin, así su encapsulado sólo tiene 3 pines: VCC, GND y Datos.

Sensor: DS18B20
Sensor: DS18B20

El DS18B20 se puede comprar con encapsulado normal, su aspecto es el de un transistor, o ya montado dentro de una cápsula de acero inoxidable. El encapsulado en acero inoxidable permite sumergir el sensor en líquidos, y también es muy aconsejable para utilizarlo en el exterior.

El chip DS18B20 es un sensor temperatura digital,  su resolución es configurable entre 9 y 12 bits. Por defecto, de fábrica está configurado con 12 bits. A máxima resolución, sus últimos 4 bits se corresponden con las lecturas decimales de: 0,5°/ 0,25° / 0,125° / 0,0625°.  Puedes ver más detalles técnicos de este sensor en el siguiente artículo:

Firmware Reloj LED #2 (Temperatura, Hora de Verano)

FUENTE DE ALIMENTACIÓN

Para alimentar este reloj se necesita una fuente de alimentación de 12 VDC, con una corriente mínima de 200 mA. La solución más barata y eficaz, es incluir dentro de la caja del reloj una pequeña fuente de alimentación conmutada de 12V / 400 mA.

Fuente conmutada 12V

CONFIGURACIÓN

Para cambiar los datos de fecha, hora, cronómetro y el resto de parámetros de configuración, se utilizan dos pulsadores:

  1. MODE
  2. PLUS

Para modificar los datos del reloj, seguir el siguiente diagrama de configuración:

Configuración RELOJ SERIE

SELECCIONAR MODO: RELOJ/CRONÓMETRO

El modo de funcionamiento RELOJ/CRONÓMETRO se determina durante la fase de arranque, mientras se está mostrando en el display  un mensaje de texto rotando, en la que se muestra la versión del firmware. Si no se toca ningún pulsador, el modo de funcionamiento será: RELOJ. Para cambiar a modo CRONÓMETRO en cualquier momento, seguir los siguientes pasos:

  • Pulsar los dos botones a la vez: RESET
  • Cuando aparezca el mensaje rotante, mantener pulsado el botón 1 (MODE)

Cronómetro en el display

Una vez que que hayamos entrado en el modo CRONÓMETRO, ya podremos configurar sus parámetros de funcionamiento. Estos valores se guardarán en el chip de memoria del reloj (DS1302), y estos serán los nuevos valores de arranque del cronómetro. Al igual que sucede con los parámetros del reloj, tendremos que tener conectada la pila de tampón en el chip, si no queremos perder todos los datos cuando falte la alimentación.

Detalles de la presentación del Display

Cuando se está funcionando en modo RELOJ, es posible seleccionar entre 3 tipos de presentación. La información que muestra el display se cambia mediante una breve pulsación del botón 2 (PLUS):

  1. Hora / (*) Alterno: Hora y Temperatura
  2. Temperatura
  3. Alterno: Hora, Fecha y Temperatura

(*) El modo alterno de la presentación 1ª, se muestra en caso de que se active la alarma de temperatura en el menú de configuración. En caso contrario, la presentación 1ª mostrará la hora de forma permanente.

Temperatura en el display

Cuando se active el modo de presentación alterno, la temperatura se mostrará de forma síncrona con el reloj, y lo hará cada 5 segundos. Entre el segundo 5 y el 55 de cada minuto, nunca se mostrará en el segundo ‘0’ de cada minuto. La temperatura sólo aparecerá durante un segundo de cada 5, en total 11 veces en cada minuto.

Alarma de Temperatura

La lectura del sensor de Temperatura se realiza cada 10 segundos. De manera que entre dos presentaciones sucesivas de 5 segundos, sólo una de las lecturas será en tiempo real. Cuando está utilizando la presentación 1ª en modo alterno, los segundos acabados en ‘0’ mostrarán la temperatura leída anteriormente, excepto en el segundo ‘0’ de cada minuto que no se muestra. En el caso de que la temperatura sobrepasara alguno de los dos umbrales de alarma, el aviso acústico se realizará cuando el valor acaba de ser leído. Es decir, la alarma de temperatura sólo sonaría en los segundos acabados en ‘5’.

Alarmas horarias

El reloj permite configurar 2 alarmas horarias, sin prioridad entre ellas pero siguiendo este criterio: Cuando una de las dos alarmas se dispara, mientras permanezca en su periodo activo, la otra alarma nunca podrá dispararse. 

Las dos alarmas horarias pueden valer para los 7 días de la semana, o estar limitadas a los 5 días laborables, quedando inactivas todos los Sábados y Domingos. En modo RELOJ, el punto decimal del dígito de la derecha (esquina inferior derecha del display) esta asociado a la alarma horaria. Las alarmas horarias pueden configurarse para que suenen una sola vez (1 minuto si no se silencia antes) o con repeticiones. Las repeticiones se realizarán cada 5 segundos. Para silenciar el sonido de una alarma, realizar una breve pulsación en el botón 2 (PLUS). Si después de sonar una alarma se quieren anular todas sus repeticiones sin cambiar la configuración del reloj, es necesario pulsar los dos botones a la vez (RESET).

Estados posibles del LED indicador de alarma horaria:

  • APAGADO: No existe ninguna alarma horaria en las próximas 24 horas
  • PARPADEANDO: Existe alguna alarma horaria dentro de las próximas 24 horas.
  • FIJO: Alarma ACTIVA, sonando o dentro del periodo de repetición.

Hora: Verano/Invierno

En algunos países existen dos tipos horarios:

  1. Horario estándar, el que corresponde con el huso horario (Horario de invierno).
  2. Horario de verano:

El cambio de hora se aplica una vez al año, haciendo que del horario estándar (o de invierno) se pase al horario de verano. Aunque la primera vez que se aplicó este cambio de hora fue durante la Primera Guerra Mundial, dejo de aplicarse hasta la crisis del petróleo de 1973. El objetivo es el de aprovechar mejor la luz solar, consumiendo menos electricidad.

Cambios horarios (Invierno/Verano)
Cambios horarios (Invierno/Verano)

HORARIO DE VERANO

Último domingo de MARZO:  A las 2:00 AM  se adelanta a las 3:00 AM

… se adelante 1 hora el reloj

HORARIO DE INVIERNO

Último domingo de OCTUBRE: A las 3:00 AM  se atrasa a las 2:00 AM

… se atrasa 1 hora el reloj

FIRMWARE

El firmware de este reloj se programa una vez montado el micro controlador (AT89S52) en su circuito impreso, a través de su interface de programación serie ICSP. Lo ideal sería utilizar un programador que tuviera dicho interface, pero si no lo tienes, puedes hacerlo con ARDUINO.

Programador ICSP con ARDUINO

El archivo que necesitas para programar este reloj (firmware), lo puedes descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace:

J_RPM_v1_RELOJ_SERIE.HEX

FABRICAR LA CAJA CON UNA CNC

Archivos para cortar la madera tipo DM de 10 mm, en una CNC, y fabricar la caja de este reloj:

Caja_CNC_RELOJ_.zip

Piezas cortadas para montar la caja

CIRCUITOS IMPRESOS (PCB)

Archivos GERBER para fabricar el PCB de la CPU:

PCB_CPU_RELOJ.zip

PCB: CPU del Reloj SERIE

Archivos GERBER para fabricar el PCB de la CPU (v2):

PCB_CPU2.zip

PCB: CPU del Reloj SERIE (Modificada)

En esta versión se corrige el tamaño de los taladros, se incluye la posibilidad de utilizar dos tipos de conector en sus salidas y se añade una toma auxiliar de +5V

Archivos GERBER para fabricar el PCB del Display ( 1 dígito de 7 segmentos):

PCB_Display_RELOJ.zip

PCB: Display 7 segmentos serie

Si quieres ver los detalles de fabricación, configuración y puesta en marcha de este reloj, echa un vistazo al siguiente video:

 

Reparar chip DS14287 (RTC)

Sustitución de la pila interna del chip RTC (Real Time Clock), modelo DS14287 fabricado por DALLAS. Esta reparación no está contemplada por el fabricante, porque el chip contiene un segundo encapsulado de resina epoxi: polímero termoestable que se endurece cuando se mezcla con un agente catalizador o endurecedor. Cuando se agota la pila interna, el chip deja de ser útil, porque pierde la hora y toda la información almacenada en su RAM cuando se desconecta la alimentación.

Controlador de riego con chip RTC

Hace años hice un controlador para temporizar los tiempos de riego, gestionando la activación de 4 electroválvulas. Este controlador utiliza como sistema patrón de tiempo el chip RTC de DALLAS, modelo DS14287. Este componente está doblemente encapsulado, incluyendo en su interior el cristal de cuarzo (patrón de tiempo) y una pila de tipo botón de 3V (1632). Según los datos del fabricante, esta pila puede mantener su carga durante 10 años aproximadamente. El problema es que ese tiempo se cuenta a partir de la fecha de fabricación, y como este chip es un poco antiguo, es muy posible que cuando lo compras ya hayan pasado varios años almacenado en los cajones del vendedor. Cuando se agota la carga de la pila interna, es necesario sustituir el chip RTC por otro nuevo. Cuando le falta la alimentación al chip, se pierde la información de la hora y todos los datos almacenados en su memoria RAM (interna). Con el fin de detectar este problema, el chip dispone de un registro de sólo lectura (Register D), que permite conocer cuando a caído la tensión de su batería interna por debajo del umbral mínimo.

Registro VRT del chip RTC

En este programador de riego, siempre que se conecta la alimentación el firmware comprueba el estado del bit VRT, dentro del registro D. Cuando se detecta que la batería está agotada (VRT=0), el display muestra un mensaje de error y se detiene el arranque del controlador.

Control de riego con avería

Cambiar la pila del chip RTC

Desmontando el chip RTC del equipo

El cambio de pila del DS14287 no está contemplado por el fabricante del chip, y cuando se agota la pila hay que sustituir el componente. La única opción que nos queda si queremos reutilizar de nuevo este chip RTC, es cortar con cuidado la cubierta del segundo encapsulado (resina epoxi) y sustituir la pìla agotada por otra nueva.

Cortando la carcasa del chip RTC

Como este proceso es muy agresivo, es conveniente proteger adecuadamente los terminales de conexión del chip antes de comenzar el trabajo. Con un taladro pequeño y un disco de corte, se puede ir eliminando la resina epoxi del segundo encapsulado. Este trabajo hay que realizarlo con las protecciones debidas: guantes, gafas de protección y mascarilla. También es conveniente realizarlo en un lugar ventilado y colocar un aspirador cerca de la zona de trabajo (la resina epoxi produce mucho polvo). Cuando ya tenemos a la vista la pila y descubierto todo su contorno, con la ayuda de un formón de carpintero podemos golpear entre el borde de la pila y el chip, para despegar el adhesivo y soltar la pila.

DS14287 sin pila

A partir de aquí podemos hacer dos cosas, soldar una pila nueva y sellar de nuevo el chip, o conectar y pegar un soporte para pilas de tipo botón. A pesar de que la segunda opción permitiría sustituir la pila cuando se agota, yo opté por la primera opción. En lugar de conectar una pila 1632, utilicé una 2032 de diámetro y capacidad ligeramente superior a la original, porque no tenía la 1632 y la 2032 apenas sobresale un poco.

Soldando la pila en el chip RTC

Si opté por soldar la pila, es porque 10 años es mucho tiempo y no creo que tenga que volver a cambiar la pila. Por otra, pienso que las soldaduras son siempre más fiables que los contactos de un portapilas. El sellado lo hice con adhesivo termofundible, en  lugar de utilizar adhesivo de dos componentes (epoxi). De esta manera, en caso de que necesitara en el futuro sustituir la pila, con un soldador de aire caliente podría eliminar con facilidad todo el adhesivo.

IRotulación del chip RTC reparado

Para finalizar, antes de montar de nuevo el chip en el zócalo, es conveniente marcar con un rotulador la posición del pin 1 y escribir su referencia sobre el adhesivo.

Configurando el control de riego

En caso de que todo haya salido bien, al montar de nuevo el chip el equipo debería funcionar de nuevo. Lo único que se tendría que hacer es poner en hora el reloj, y configurar todos sus parámetros de funcionamiento.

Caja a medida con CNC

Diseño y fabricación de una caja a medida, cortando las piezas con la ayuda de una fresadora digital (CNC). El diseño de las piezas lo hice con el software SketchUp. Tuve que corregir el archivo que genera SketchUp para poder utilizarlo en la CNC. Para comprobar el código ‘G’ y corregir el archivo, utilicé el simulador por software CAMotics

Con el fin de controlar los display’s de 7 segmentos SMD que tengo, he mandado fabricar otro circuito impreso para montar la CPU.

PCB de la CPU

Esta CPU está basada en el micro-controlador AT89S52 de ATMEL. Como este micro-controlador se puede programar sin desmontarlo del circuito impreso, a través de su interface ICSP, he elegido el encapsulado de tipo SMD. El circuito impreso tiene una altura muy parecida a la del  display de 7 segmentos, y la idea es la de fabricar una caja de madera a medida, para construir un display con 4 dígitos.

SketchUP

Para cortar las piezas de madera con precisión, he utilizado una fresadora digital (CNC). Para dibujar las piezas a medida y poder exportar los datos a la CNC, he utilizado el software SketchUp.

Software SketchUp

A pesar de que este software funciona muy bien, he encontrado un problema a la hora de generar los archivos de código ‘G’. Los archivos contienen una serie de instrucciones adicionales que dañan las piezas a fabricar. Para localizar el lugar exacto donde se encuentran estas instrucciones para eliminarlos, he utilizado otro software que emula el funcionamiento de la CNC.

CAMotics 

El software CAMotics permite la ejecución del código ‘G’ de forma visual, y esto facilita la localización de las instrucciones que se deben eliminar.

Software CAMotics

El software permite la edición de los archivos y su posterior visualización, para comprobar que los cortes que hará la CNC sean los correctos.

Construcción de la caja

Después de la fase de diseño de la caja y conversión de sus datos en código ‘G’, el trabajo de corte y fresado de todas las piezas lo realiza la CNC. Si queremos obtener un buen acabado y precisión, es importante que los cortes se realicen en capas, no en una sola pasada.

Fresado de la caja

También es importante incluir unas pequeñas zonas en cada cara de las piezas, en las que la fresadora no realice el corte por completo. Estos pequeños puntos de sujeción evitarán que se muevan las piezas de su estructura durante el corte, evitando su desplazamiento y marcado por la fresa.

Montaje de la caja

Una vez cortadas todas las piezas que componen le caja, incluido su frontal de metacrilato, la pegamos con cola blanca (dejando la tapa lateral derecha sin pegar). La tapa lateral derecha irá sujeta con 2 tornillos, y es la que nos dará el  acceso al montaje y desmontaje de todos sus componentes en el interior. Para obtener un buen acabado, se sellan las juntas de todas las uniones que van pegadas, con cola blanca y serrín de la misma caja, suavizando todas las aristas con una lija especial para madera.

Ajuste de los PCB's en la caja

Para terminar se pinta la caja en color negro mate, con pintura en spray, y se comprueban los soportes colocando los circuitos impresos en su lugar y cerrando la caja.

 

Ganador del sorteo

Ganador del sorteo de un PCB con tecnología SMD, para montar un display de 7 segmentos con control serie.

PCB display de 7 segmentos serie

El circuito impreso sorteado es el que se mostró en el video anterior, el cual incluye el circuito integrado TPIC6B595 -Shift Register- ya montado en el PCB.

Resultado del sorteo

El sorteo se realizó entre los suscriptores que hicieron un comentario en el video anterior, utilizando el software online: You2Pick

 

 

Prototipos PCB

Circuito impreso

El circuito impreso (PCB) es una parte muy importante para cualquier dispositivo electrónico. Antes de lanzar un nuevo producto al mercado, siempre es necesario comprobar el correcto funcionamiento de su circuito electrónico. En algunos casos sería suficiente comprobar el circuito en un simulador con software; sin embargo, siempre es conveniente realizar el montaje con todos sus componentes y lo más parecido posible al diseño final.

CPU: Baliza RGB

Existen muchos métodos para comprobar de forma rápida el correcto funcionamiento de un circuito electrónico:

  • Placas ProtoBoard, uniendo los componentes con cables
  • Circuitos impresos de tipo universal, realizando sus conexiones con puentes y cables soldados en el PCB.
  • Fabricación del circuito impreso, utilizando cualquier método de trasferencia y atacando el PCB con ácido.
  • Fabricación del circuito impreso con una fresadora digital (CNC)

El problema de utilizar cualquiera de estos métodos, es que nunca podremos montar los circuitos con componentes de montaje superficial (SMD). Por suerte, ahora hay muchas empresas que se dedican a fabricar circuitos impresos para prototipos y a precios muy asequibles. Como sucede en la mayoría de los casos con la electrónica, las empresas chinas son las más competitivas. El problema de realizar un pedido a China, es el largo tiempo que tenemos que esperar para recibir el prototipo, sumado al alto precio de sus envíos. Sin embargo, buscando por Internet siempre puedes encontrar alguna oferta. Ahora, como la empresa JLCPCB tiene una oferta muy interesante, la voy a aprovechar para encargar algunos circuitos impresos.

PCB: Display 7 segmentos serie

¿Quién es JLCPCB?

JLCPCB es una de las empresas de prototipos de circuitos impresos (PCB) más grandes de China, especializada en la fabricación de prototipos y producción de circuitos impresos en pequeños lotes. JLCPB cuenta con una experiencia de más de 10 años, trabajando para grandes empresas y aficionados a la electrónica.

¿Qué nos ofrece JLCPCB?

  • Una especial oferta en el primer pedido. Por tan sólo 2$ podemos obtener un lote de 10 PCB para fabricar nuestro primer prototipo a doble cara, y con acabado profesional.
  • Respuesta muy rápida en la fabricación, hasta 24 horas.
  • Envíos rápidos, entre 3 y 6 días si se utiliza el envío con la empresa DHL
  • Encargos Online, los pedidos se pueden hacer desde el mismo PC que utilizamos para el diseño del PCB, subiendo los archivos Gerber por Internet a su Web: https://jlcpcb.com/
  • Respuesta rápida ante cualquier problema o asesoramiento técnico.
  • JLCPCB forma parte del grupo de empresas: Integrated Electronic Engeneering Service

Integrated Electronic Engeneering Service

  • JLCPCB: Fabricación de prototipos PCB
https://jlcpcb.com/
https://jlcpcb.com/
  • EasyEDA: Software Online y libre para el diseño de circuitos impresos (PCB)
https://easyeda.com/
https://easyeda.com/
  • LCSC: Suministro de componentes electrónicos
https://lcsc.com/
https://lcsc.com/

Realizar un pedido a JLCPCB

Si estás interesado en realizar el pedido de tus circuitos impresos a la empresa JLCPCB, echa un vistazo al siguiente video:

50 céntimos

¿Qué se puede hacer con 50 céntimos de Euro?

Con 50 céntimos de Euro hay muy pocas cosas que se puedan comprar, incluso puede causar desprecio -por su bajo valor- cuando se utiliza como donativo. Sin embargo, el tipo de metal empleado para su fabricación permite hacer un uso algo diferente… convertir la moneda en un anillo.

¿Es legal hacer esto?

El dinero se considera un bien público, ya que el papel o metal con el que se fabrica ha sido costeado a cargo del erario público. Sin embargo, el código penal sólo estipula como delito la falsificación, sin contemplar como causa punible la destrucción de billetes o monedas. Por otra parte,  lo único que haces es cambiar la forma de una moneda por la de un anillo, incluso el valor de cambio posterior podría ser mayor que antes.

Sin embargo, por sentido común, nunca se debería utilizar el metal de las monedas para fabricar objetos.

PROCESO DE TRANSFORMACIÓN

Hay muchas maneras de transformar una moneda en anillo, pero este es el proceso que yo he seguido:

Aumentar el grosor de la moneda

Utilizando la base de hierro plana de un tornillo de banco, se va golpeando ligeramente con un martillo en el borde de la moneda. El golpeo debe ser uniforme y  girando la moneda con frecuencia. Si se golpea durante mucho rato, la moneda acabará por doblarse. Llegado a este punto, se puede elegir el tipo de anillo que quieres hacer. Puedes hacer un anillo totalmente plano, o hacer un diseño algo diferente… un anillo ondulado. Si quieres hacer un anillo convencional, tendrás que aplanar la moneda con el martillo antes de seguir.De moneda a anillo #1

Marcar el centro de la moneda

Es importante marcar el centro de la moneda y golpear el punto central con la ayuda de un granete, antes de utilizar el taladro.De moneda a anillo #2

Hacer un orificio en el centro de la moneda

El orificio central se inicia con una broca o fresa de 3 mm aproximadamente.De moneda a anillo #3

Agrandar el agujero

El agujero central de la moneda se tiene que agrandar hasta llegar casi al borde, pero dejando un pequeño margen. El agujero se puede hacer con brocas de diferentes tamaños, con un broca cónica o con una fresa.De moneda a anillo #4

Darle forma  al anillo con una piedra esmeril

Con la ayuda de una piedra esmeril se va dando forma al anillo, eliminando cualquier rebaba o arañazo profundo.De moneda a anillo #5

Ajustar el tamaño del anillo

Antes de pulir el anillo, se debería ajustar su tamaño. En este caso, sólo se podría agrandar ligeramente el orificio central. Con la ayuda de un cilindro cónico de metal y un martillo, se puede agrandar un poco el tamaño del anillo… pero reducirlo sería muy complicado.De moneda a anillo #6

Pulir el anillo

A mano y con lija de grano fino se eliminan todos los arañazos, antes de pasar al proceso de pulido. El pulido podría ser el proceso más largo de todos, pero es el más sencillo. Con la ayuda de cualquier pulimento y un pequeño taladro de mano, se puede conseguir un buen acabado.De moneda a anillo #7

En este punto no existe riesgo de dañar el anillo. Cuanto más tiempo se dedique a pulir el anillo, mejor será su acabado.De moneda a anillo #8

En el siguiente video puedes ver todo el proceso de transformación Moneda -> Anillo:

¿Programar con interrupciones?

Elegir el modo de programar un microprocesador: consultando de forma cíclica el estado de cada periférico (Polling), o creando una interrupción por cada periférico a controlar. Métodos a seguir para programar el microprocesador AT89S52 con 2 interrupciones y una consulta cíclica. Posibles efectos indeseados cuando se programa con interrupciones.

Interrupciones AT89S52

Cuando se programa un microprocesador con la finalidad de tomar decisiones, dependiendo del estado de alguno o varios dispositivos periféricos, como podrían ser: pulsadores, un reloj en tiempo real (RTC), termómetros, alarmas, etc… existen dos formas posibles de hacerlo:

-> La forma más sencilla y clásica sería consultar de forma cíclica el estado de cada periférico.

-> Lo ideal sería habilitar una interrupción en el procesador por cada periférico a controlar.

Consulta secuencial y periódica

En este proceso de consulta, también conocido como polling en inglés, es el propio procesador el que determina el momento en el que realiza la consulta.

Consulta secuencial

Este método tiene el inconveniente de ser poco eficiente, porque el procesador consume muchos recursos realizando las instrucciones de sondeo… y además en algunas aplicaciones, una pequeña demora de tiempo afecta a la precisión de la medida o produce efectos indeseados. Por ejemplo, un error en la precisión cuando se utiliza un temporizador del procesador como patrón de tiempo de un reloj o cronómetro. Efectos indeseados, como podrían ser parpadeos, cuando se genera una señal PWM para el control de brillo de un display… o inestabilidad  si se utiliza esta misma señal PWM para  regular la velocidad de un motor.

Programar con interrupciones

Una interrupción sirve para detectar en tiempo real el momento en el que se debe realizar la consulta a cada periférico. Con la interrupción, es el periférico quien se encarga de avisar al procesador, y mientras tanto el procesador puede realizar otras tareas.

Habilitación de las interrupciones

El orden de prioridad de todas las interrupciones se pueden programar en el procesador. Así el procesador decidirá si un proceso se debe interrumpir o no, en caso de que se produzca una interrupción mientras se está atendiendo a otra, o cuando se produzcan dos o más interrupciones de forma simultánea. Un mal uso de la prioridad en las interrupciones, también podría provocar efectos indeseados.

Prioridad de las interrupciones

En la imagen anterior, al no tener la prioridad de interrupción el Timer que genera la señal PWM, se producen fluctuaciones en el ancho de impulso generado.

 

 

Display de 7 segmentos, control serie

Diseño de un display de 7 segmentos SMD, con control serie. Con este circuito se pueden apilar tantos dígitos en serie como sea necesario, porque el número de pines de control no cambian. En este circuito se utiliza el TPIC6B595 como registro de desplazamiento, y un 74HC04 (6 inversores) como ‘driver/separador’ de las señales de control: Clock, Strobe y Enable. Al utilizar un registro de desplazamiento (Shift Register), las señales de control (Clock, Strobe y Enable) son las mismas para todos los dígitos, y la línea de datos (Data) se conecta al primer dígito… encadenando la salida de datos de un dígito con el siguiente.

TPIC6B595

El diseño de este display de 7 segmentos es modular, y se pueden conectar tantos dígitos en serie como sean necesarios.

Conexión serie TPIC6B595

Cada dígito dispone de su propio regulador de tensión de 5V, pero sólo es necesario instalar uno para alimentar toda la serie. Las conexiones de la salida de un módulo se conectan con las de entrada del módulo siguiente, permitiendo así alimentar todos los módulos con un sólo regulador de tensión. Con el fin de evitar una carga excesiva de las señales de control (Clock, Strobe y Enable) y evitar posibles interferencias en el cableado, cada módulo dispone de un circuito que hace las funciones de ‘regenerador’ de la señal.

Display control serie

El circuito integrado 74HC04 dispone de 6 inversores, y se utilizan de dos en dos, con el fin de obtener el mismo nivel lógico de la entrada en la salida. El único detalle a considerar, es que la conexión de las 3 señales de control con el registro de desplazamiento (TPIC6B595) se realizan en las salidas del primer inversor. De esta forma, la CPU debería entregar las 3 señales de control: Clock, Strobe y Enable en modo invertido.

Control del display

Control de brillo PWM (Pulse-Width Modulation)

El control de brillo del conjunto de módulos que conformen el display, se realiza mediante la gestión de la señal ENABLE. Modificando el ancho del impulso de una señal  de frecuencia >20 Hz, con el fin de evitar el parpadeo,  se puede ajustar el nivel de luminosidad del display.

Control de brillo PWM

En la imagen anterior se puede observar que la frecuencia de la señal PWM es de 104 Hz, y al aumentar el ancho del semiciclo positivo el brillo decrece (ver el video). Como es lógico, el brillo máximo se obtendrá si permanece habilitado el 100% del tiempo la señal ENABLE (sin impulsos). En el circuito integrado TPIC6B595 el estado ON se corresponde con un nivel bajo (cero lógico). El control de brillo PWM lo podría gestionar la propia CPU, partiendo de la información que recibiera de un sensor de luminosidad.