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.