Reloj-Texto con dos alarmas y 2 husos horarios

Reloj-Texto con 2 alarmas y 2 husos horarios. Digitalización de audio analógico, para almacenarlo en la memoria de un ESP32. Estos archivos de audio contienen señales acústicas y mensajes de voz, para utilizarlas en el nuevo firmware del display Reloj-Texto controlado por el ESP32. Con esta actualización, el display Reloj-Texto dispondrá de dos alarmas horarias, pudiendo configurarlas con alguno de las dos husos horarios que gestiona el nuevo firmware. El display se configura desde un teléfono móvil vía WiFi. La información de la fecha y hora se sincroniza a través de un servidor NTP, pudiendo mostrar la hora local, a elegir entre dos husos horarios diferentes.

Reloj y Texto en display LED, con ESP32

Audio sintetizado

El sonido de la alarmas no lo haré activando un buzzer piezoeléctrico, será un sonido PCM de 8 bit, el cuál grabaremos en la memoria del ESP32. Esa información de audio digital, se convertirá en audio analógico aprovechando uno de los dos conversores D/A (DAC) que incluye este microprocesador. En este caso, como el pin GPIO25 ya se está utilizando en este reloj, la salida de audio será a través del pin GPIO26

Muestreo y Retención

Es la extracción de algunos valores instantáneos de duración teóricamente nula. Según la teoría de Shannon,  para muestrear una señal y poderla reconstruir, es necesario que el muestreo se realice un número de veces al menos igual al doble de la frecuencia máxima a muestrear. Para muestrear una frecuencia vocal de 4 kHz, necesitaríamos muestrear  como mínimo a:  4×2=8 kHz.

Esto lo podríamos representar con un interruptor que se abriera y cerrara 8.000 veces por segundo. A la salida de éste, obtendríamos una secuencia de impulsos cuya amplitud sería el valor instantáneo que tenía la señal de audio original.

Cuantización

Es la conversión que efectuamos para trasladar los valores instantáneos de tensión de la señal muestreada, a una escala compuesta por una serie de niveles. Cuanto mayor sea el número de niveles, mayor será la relación S/R. Como es de esperar, estos niveles los analizaremos con un sistema binario, para posteriormente poderlos transmitir de una forma digital. Con los sistemas PCM de 8 Bit, se obtienen 256 niveles de cuantización (±127 con respecto a cero).

Codificación

Es el proceso de lectura, de forma digital, de la secuencia de valores cuantizados. Esto quiere decir que a cada nivel de cuantización le corresponde un valor binario determinado, y dependiendo del número de niveles, necesitaríamos un número de bit por cada muestra. Esta es la primera limitación que encontramos para cuantizar la señal con un máximo de niveles, pues necesitamos transmitir todos los valores instantáneos de una muestra, en un tiempo máximo dado por la inversa de la frecuencia de muestreo ( t = 1/f ).

Esquema de montaje

Para que este display Reloj-Texto funcione, sólo hay conectar 5 hilos entre un lateral del display LED y el módulo ESP32. El sonido de la alarma sale por el pin GPIO26 del módulo ESP32, y hay que conectarlo a un amplificador de audio con su altavoz.

IMPORTANTE: la salida de audio DAC del ESP32 está referenciada a 1.5V.  Así es necesario bloquear la corriente continua continua a la entrada del amplificador de audio, intercalando en serie un condensador cerámico de aproximadamente 100nF. Como el nivel de audio a la salida DAC puede llegar a medir 3Vpp, es conveniente intercalar un atenuador a la entrada del amplificador, intercalando un divisor de tensión resistivo, o un potenciómetro si se quiere disponer un ajuste del nivel de audio.

Firmware

El archivo que necesitas para programar el ESP32, lo puedes descargar de forma gratuita desde el repositorio GitHub: Clock-Text_ESP32

Caja 3D (Reloj-Texto)

El fichero .stl que necesitas para fabricar la caja de este display LED, lo puedes descargar desde el siguiente enlace: Clock-Text with 2 alarms and 2 time zones (revision)

¿Necesitas fabricar un circuito impreso?

Actualmente hay muchas empresas que se dedican a fabricar circuitos impresos (PCB), 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. Una de las empresas más grandes del sector es PCBWay.

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Reloj de precisión, 8 x 7 segmentos LED

Construcción de un reloj de precisión, con 8 dígitos LED de 7 segmentos. Este display se configura desde un teléfono móvil vía WiFi. La información de la fecha y hora se sincroniza a través de un servidor NTP, convirtiéndolo así en un reloj muy preciso. Este display está construido con el módulo ESP32 y 8 dígitos LED de 7 segmentos, pudiendo conectar también un segundo display OLED de 64×48 pixel (0,66 pulgadas).

 

8 dígitos de 7 segmentos con MAX7219

Hace unos meses monté un reloj de precisión, sincronizado desde un servidor NTP. Hice dos versiones distintas, y en ambas utilicé 4 matrices LED de 8×8 pixel.

Reloj de precisión, configurado por WiFi

El primer reloj tenía un display adicional de tipo OLED, y en el segundo sólo instalé las 4 matrices LED con el fin de reducir el tamaño de la caja.

Reloj y Texto en display LED, con ESP32

Ahora voy a montar otro reloj todavía más pequeño y barato, utilizando 8 dígitos LED de 7 segmentos.

8 dígitos LED de 7 segmentos

Este reloj tendrá la misma precisión y funcionalidades que los anteriores, sincronizando la fecha y hora a través de un servidor NTP, y controlando sus funciones mediante un interface Web, a través de una conexión WiFi.

Esquema de montaje

El montaje de este reloj es muy rápido y sencillo,  sólo hay que conectar 5 hilos entre un lateral del PCB de 8 dígitos y el módulo ESP32.

Esquema de montaje del reloj de 7 segmentos

Configuración con interface WEB

Este reloj LED se configura a través de su propio interface Web, tecleando la dirección IP que le asigna el Router WiFi, en la ventana de cualquier navegador de Internet que esté conectado a la misma red. Todos los cambios se guardan en la memoria EEPROM del módulo ESP32.

Configuración del reloj por WiFi

De esta forma el reloj siempre arrancará con los parámetros que tenía programados la última vez que se desconectó su alimentación.

Firmware

El archivo que necesitas para programar el ESP32, lo puedes descargar de forma gratuita desde el repositorio GitHub:

Precision_Clock_ESP32_7Segment

Y también desde Dropbox:

ESP32_Time_8BCD_JR.rar

Caja 3D (Reloj de 7 segmentos)

 

Caja 3D, para el PCB de 8 dígitos LED de 7 segmentos

El fichero .stl que necesitas para fabricar la caja de este reloj LED de 7 segmentos, lo puedes descargar desde el siguiente enlace: Precision clock on 7 segment LED display, configured by WiFi

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Reparación Placa Base HP xw4300 Workstation

Reparación de la placa base de un HP xw4300 Workstation. Reparar una placa base de un PC no es una tarea sencilla, pero hay averías muy evidentes que se pueden solucionar sin apenas conocimientos de electrónica. Cuando una placa base empieza a fallar, es muy frecuente encontrar algún condensador electrolítico deformado, incluso a veces rajado. Cuando esto sucede, la avería se suele solucionar al cambiar los condensadores electrolíticos defectuosos.

HP xw4300 Workstation

Sistemas informáticos

En la actualidad, la mayoría de los trabajos dependen del buen funcionamiento de algún sistema informático, ya sea para el control del equipamiento de una fábrica, o para gestionar la contabilidad en una pequeña empresa. En la mayoría de los casos, hay equipos que deben funcionar de forma ininterrumpida, por ejemplo un PC cuando realiza las funciones de un servidor  conectado a una red informática.

Equipos conectados en RED

Para estos casos se suelen elegir equipos muy fiables, pero siempre existe el riesgo de que algunos de sus componentes electrónicos sea de baja calidad. Una avería muy común, es el deterioro de los condensadores electrolíticos de la  placa base.

Placa base averiada

En la mayoría de los casos se opta por sustituir la placa base por otra nueva, pero si la avería es muy evidente porque se ven los condensadores electrolíticos reventados, siempre merece la pena  invertir un poco de tiempo en reparar la avería.

Reparación

Reparar una placa base es muy complicado y poco habitual, debido a la complejidad que se tiene para hacer medidas con el PC funcionando. El método que normalmente se emplea en estos casos, es desmontar la placa y realizar una inspección visual de todos sus componentes, contactos y soldaduras. En caso de no encontrar nada anormal, la mejor solución seria sustituir la placa base por otra nueva.  En caso de encontrar algún componente visiblemente averiado, como un circuito integrado rajado, o algún condensador electrolítico hinchado, no sería mala idea intentar repararla.

Medida de capacidad y ESR

Para hacer este tipo de reparaciones no se necesitan muchos conocimientos de electrónica, porque sólo se trata de sustituir componentes visiblemente defectuosos, pero es necesario disponer de las herramientas adecuadas y tener habilidad con el manejo del soldador.

PCB multicapa

El PCB de una placa base es multicapa, y es muy fácil romper alguna conexión interna si no se tiene cuidado al desoldar los componentes.

Desoldar componentes

Es muy importante calentar bien el estaño de todos los terminales del componente a desoldar, antes de extraerlo.

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Reparación foco LED para buceo

Reparación de un foco LED para buceo, alimentado con 4 baterías tipo 18650 de Li-Ion (3,7V) 3000mAh. Este foco tiene dos pulsadores, uno de ellos para iluminar en color rojo o azul, y el otro para la luz blanca. La luz blanca es de gran potencia, y permite utilizar 3 niveles diferentes de brillo: alto (12,6W), medio (6,5W) y bajo (4,2W). La luz roja puede funcionar en modo continuo o intermitente y su potencia es 4,7W. La luz azul es fija, y tiene una potencia 2,2W.

Foco LED de buceo

Análisis del circuito

Este foco LED dispone de dos pulsadores, uno para controlar el encendido de luz roja y azul, y el otro para la luz blanca. El control de todo el circuito se realiza a través de un circuito integrado, cuya referencia está borrada, pero podría ser un micro controlador.

Circuito del fofo LED

El driver de potencia para el encendido de los LED consiste en 4 transistores Mosfet de canal P.

  • ROJO: Con 2 transistores  MOSFET canal P de 2,5A (A19T)
  • AZUL: Con 1 transistor MOSFET canal P de 2,5A (A19T)

  • BLANCO: Con 1 transistor  MOSFET canal P de 50A (CMD50P03)

MOSFET: CMD50P03

Avería

Esta linterna tenía cortados los dos hilos del pulsador de encendido de la luz blanca. Después de soldarlos y comprobar que todo funcionaba correctamente, cerré la carcasa, pero la linterna seguía fallando de vez en cuando. Al desmontar la linterna de nuevo, comprobé que el cableado que controla el encendido de la luz blanca fallaba, dependiendo de la posición del cableado. La solución fue sustituir la cinta de conexión de 5 hilos del pulsador que controla el encendido de los LED blancos.

Potencia del foco LED

Al final comprobé que también estaban abiertas las dos resistencias limitadoras de los LED de los pulsadores. Son dos resistencias SMD de 1K, las cuales sustituí por otras de 910 Ohmios al no tener repuestos de 1K.

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Nokia 7 Plus, cambiar pantalla y módulo de carga

Cambio de pantalla táctil y módulo de carga, en un teléfono Nokia 7 Plus. Detalles del desmontaje, montaje y pruebas de funcionamiento.

Desmontaje de la pantalla

Para facilitar el desmontaje de la pantalla del teléfono, es conveniente calentarla. Así el adhesivo se se reblandece y se despega con más facilidad. La pantalla se puede calentar con un soldador de aire, una pistola de decapar o un secador de pelo. Es importante no recalentar en exceso el teléfono, porque algunos componentes de plástico se podrían deformar. Con una temperatura entre 60 y 70ºC sería suficiente.

Desmontaje de la pantalla

Cuando se despega la pantalla, lo más fácil es que se rompa. Así que es importante comprar un repuesto de la pantalla cada vez que se tenga que acceder al interior del teléfono, ya sea para sustituir el módulo de carga, la batería o reparar cualquier cosa. En mi caso, el módulo de carga estaba averiado, y la pantalla tenía varias marcas laterales con un corte de lado a lado.

Acceso al módulo de carga

Después de despegar la pantalla del teléfono, es necesario desmontar una carcasa intermedia metálica para acceder al módulo de carga. En total hay que soltar 20 tornillos muy pequeños, y es muy útil disponer de unas pinzas de punta fina y un destornillador de relojero con la punta imantada.

Nokia 7 Plus, localización de los tornillos

Al quitar la carcasa metálica, ya se accede al módulo de carga y es muy sencillo desmontarlo.

Nokia 7 Plus, acceso al módulo de carga

Comparación del módulo de carga de repuesto con el original

Para evitar sorpresas, antes de montar cualquier repuesto es conveniente comprobar si existe entre ellos alguna diferencia, tanto en el tamaño como en sus conexiones. Hay muchos repuestos que a pesar de no ser originales pueden funcionar, pero en algunos casos sus componentes al no ser idénticos no encajan, o carecen de algún accesorio. En mi caso, el módulo de carga de repuesto venía sin la tuerca de fijación del conector de cinta, y tampoco venía el cono de plástico que conduce el sonido exterior, hacia la cápsula del micrófono (incluido en el módulo de carga).

Nokia 7 Plus, módulo de carga

La solución en este caso es sencilla, se desuelda la tuerca del módulo de carga averiado, y se monta en el módulo de repuesto.

Tuerca de fijación del conector

La pieza de plástico del micrófono es más fácil, porque sólo va pegada con cinta de doble cara.

Cono del micrófono

Pegado de la pantalla táctil

Después de montar el teléfono y fijar la cinta de conexión de la nueva pantalla, es conveniente comprobar que todo funciona antes de sellar el teléfono. Para fijar la pantalla a la carcasa del teléfono se podría utilizar cinta de doble cara, pero es mucho más eficaz utilizar cualquier adhesivo de tipo estándar, a ser posible transparente. Lo ideal es utilizar algún adhesivo especial para este uso, ya que su tubo dispone de una boquilla metálica del mismo tamaño del borde de la carcasa del teléfono, y esto facilita mucho su aplicación. Hay que tener cuidado y no poner un exceso de pegamento, porque al encender el teléfono se podrían reproducir reflejos visibles en los laterales. 

Pegado de la pantalla táctil

IMPORTANTE: antes de fijar la pantalla a la carcasa del teléfono, no olvidarse de quitar todas las protecciones plásticas del interior.

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Reloj y Texto en display LED, con ESP32

Construcción de un display LED de reloj y texto con matrices LED. Este display se configura desde un teléfono móvil vía WiFi. La información de la fecha y hora se sincroniza a través de un servidor NTP, convirtiéndolo así en un reloj muy preciso. Este display está construido con el módulo ESP32 y 4 matrices LED de 8×8 pixel. De forma opcional, también se puede montar un segundo display OLED de 64×48 pixel (0,66 pulgadas).

Este display lo he montado con un módulo LED que ya contiene las 4 matrices, en lugar de los 4 módulos independientes que utilicé en el montaje anterior:

Reloj de precisión, configurado por WiFi

Matrices LED de 8×8 pixel

En la construcción del último reloj LED que monté, lo hice conectando 4 matrices LED de 8×8 pixel. Estas matrices llevan las conexiones de entrada y salida por la cara inferior y superior, y esto obliga a que el tamaño del reloj sea más grande de lo necesario.

Matriz LED 8x8 pixel

En este caso voy a montar otro reloj con un display LED del mismo tamaño, pero será más pequeño que el anterior. Aunque el nuevo firmware también permite utilizar un segundo display OLED, en este caso no lo voy a montar, y además utilizaré 4 matrices LED interconectadas en un sólo PCB.

PCB con 4 matrices LED de 8x8

Esquema de montaje

El montaje de este reloj es muy rápido y sencillo,  sólo hay que conectar 5 hilos entre un lateral del display LED y el módulo ESP32.

Montaje del display: Reloj-Texto

Configuración con doble interface WEB

Ahora el display LED permite mostrar la hora, o textos rotantes de hasta 255 caracteres. Tanto el modo de funcionamiento como su configuración, se programa a través de una conexión WiFi, y se guarda en la memoria EEPROM del módulo ESP32. De esta forma el reloj arranca siempre en el modo en el que se dejó la última vez: modo texto, o modo reloj.

Doble interface WEB

Esta nueva versión de firmware incluye un menú WEB con nuevas opciones,  y también animaciones cada vez que se reciben datos desde el reloj.

Firmware

El archivo que necesitas para programar el ESP32, lo puedes descargar de forma gratuita desde el repositorio GitHub: Clock-Text_ESP32

Y también desde Dropbox: ESP32_Time_Text_Matrix_JR.rar

Caja 3D (Reloj-Texto)

Caja 3D, para el PCB de 4 matrices LED de 8x8

El fichero .stl que necesitas para fabricar la caja de este display LED, lo puedes descargar desde el siguiente enlace: Clock and Text on LED display, configured by WiFi

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Reloj de precisión, configurado por WiFi

Construcción de un reloj con matrices LED, configurado desde un teléfono móvil vía WiFi. Este reloj toma la información de la fecha y hora a través de un servidor NTP, convirtiéndolo así en un reloj muy preciso. El reloj está construido a partir del módulo ESP32, acoplando un pequeño display OLED de 64×48 pixel (0,66 pulgadas) y 4 matrices LED de 8×8 pixel.

Como este reloj está creado a partir del Transmisor DCF77 que mostré anteriormente, hay mucha información de interés relacionada con el módulo ESP32  y el display OLED en el siguiente documento:

Transmisor DCF77 con ESP32

Matriz LED de 8×8 pixel

El display LED del reloj está construido con 4 matrices LED de 8×8 pixel. Estas matrices LED se pueden comprar junto a su controlador en módulos independientes, y encadenar en serie todas las que se necesiten. El circuito integrado controlador de la matriz LED, es el MAX7219.

Matriz LED 8x8 pixel

MAX7219

El CI MAX7219 permite controlar matrices de 8×8 LED de cátodo común. También puede controlar un grupo de 8 displays  de 7 segmentos, pudiendo habilitar o no su decodificador interno BCD. Este CI incluye un registro de desplazamiento, y se pueden encadenar para controlar una serie de matrices LED de 8×8, o una serie de grupos de 8 displays de 7 segmentos.

Circuito integrado MAX7219

El MAX7219 dispone una memoria SRAM para almacenar el estado de los 64 LED que puede controlar, y se encarga de realizar la multiplexación para su encendido individual, con una frecuencia de refresco típica de 800 veces por segundo a todo el conjunto. La memoria SRAM mantiene la información siempre que la alimentación no baje de 2V. La carga de datos se realiza en serie mediante el control de 3 hilos más 2 de alimentación (Data, Clock, CS, GND, Vcc)

El MAX7219 incluye un control de apagado de los LED reduciendo el consumo hasta 150µA. Tiene un control de brillo analógico y digital, un registro de límite de escaneo que permite al usuario mostrar de 1 a 8 dígitos, y un modo de prueba que fuerza el encendido de todos los LED.

La información se recibe en 2 Bytes, bits D0 – D15. El primer bit que se envía es el D15, el más significativo (MSB).

  • D0 – D7 contienen los datos
  • D8 – D11 contienen la dirección de registro
  • D12-D15 son bits sin contenido.

Esquema de montaje

El montaje de este reloj es muy sencillo, no hace falta montar ni un sólo componente electrónico, sólo los cables de conexión entre matrices y los 5 hilos entre el módulo ESP32 y la primera matriz LED.

Esquema de montaje del reloj

Configuración inicial del reloj

Este reloj necesita una conexión a Internet por WiFi para funcionar. Al arrancar se conecta a un servidor NTP para sincronizar el reloj (RTC) del módulo ESP32. A continuación ya puede funcionar de forma autónoma, y se puede configurar y controlar desde un dispositivo móvil (WiFi) y también desde un PC que tenga conexión a la misma red local a la que se haya conectado el reloj por WiFi.

La primera vez que se pone en marcha el reloj, es necesario acceder por WiFi al punto de acceso que crea el propio reloj cuando no dispone de acceso a Internet, y configurar su conexión WiFi.

  • SSID: ESP_32
  • IP: 192.168.4.1

Punto de acceso WiFiEn la imagen siguiente se muestra el diagrama de funcionamiento cada vez que se reinicia el reloj.

Diagrama de funcionamiento del reloj en el arranque

Modos de funcionamiento y ajustes del reloj

El reloj puede mostrar la fecha y hora siguiendo el estándar europeo o americano (24H/12H). También se puede personalizar el formato de la hora en dos tamaños, las animaciones de los números cuando cambian y el ajuste de brillo del display LED. Todos estos ajustes se realizan a través de una conexión a la red local que se haya conectado el reloj, ya sea por WiFi o cable. No es necesario instalar ningún software, porque el reloj incluye su propio navegador web (web browser). Conectando cualquier dispositivo a la dirección IP que muestra el reloj cuando se conecta a la red Wifi, se puede acceder al menú de control de este reloj.

Configuración del reloj por WiFi

Firmware:

El archivo que necesitas para programar el ESP32, lo puedes descargar de forma gratuita desde el repositorio GitHub:
https://github.com/J-RPM/Precision-clock_ESP32

Y también desde Dropbox: ESP32_NTP_Time_Matrix_JR.rar

Caja 3D (Reloj de precisión)

Caja 3D

El fichero .stl que necesitas para fabricar la caja de este reloj, lo puedes descargar desde el siguiente enlace: Precision clock, configured by WiFi

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Transmisor DCF77 con ESP32

Construcción de un pequeño transmisor de 77,5 KHz, para poder poner en hora los relojes DCF77 que no reciban correctamente la señal del transmisor de Alemania. Este transmisor es portátil, funciona con una batería de 3,7V y es muy preciso, ya que toma la información de la fecha y hora sincronizando previamente su reloj a través de un servidor NTP. Este transmisor está construído a partir del módulo ESP32, acoplando un pequeño display OLED de 64×48 pixel y 0,66 pulgadas.

ESP32 + OLED

Sistemas de sincronización horaria

Actualmente existen muchos métodos para mantener la hora exacta en cualquier dispositivo electrónico, ya sea través de un receptor GPS, o la recepción de la señales horarias en onda larga que se emiten desde diferentes países: 77,5 kHz desde Frankfurt en Alemania, 40 y 60 kHz desde Japón, 60 KHz desde Colorado en EE.UU, 66,66 kHz desde Taldom en Rusia, 68,5 kHz desde Lington en China, 60 kHz desde Anthorn en Reino Unido, o 162 kHz desde Allouis en Francia.

Cobertura DCF77

La mayoría de los relojes sincronizados por radio que se venden en Europa, utilizan la recepción de las señales horarias que envía el transmisor DCF77 desde Frankfurt, en Alemania.  Como sucede con cualquier transmisión por radio en Onda Larga, su cobertura varía en función de la distancia, climatología y el umbral de ruido electromagnético existente en el punto de recepción.

Con el fin de poder utilizar algunos relojes DCF77 que no disponen de ajuste de hora manual, hace algo más de un año publiqué una información para construir un pequeño transmisor que simulara la emisión DCF77. Este transmisor constaba de dos partes: una hardware construida con Arduino, junto con un software que funcionaba bajo Windows, encargado de suministrar los códigos de tiempo al transmisor.

Transmisor experimental DCF77

Tiempo UNIX

Tiempo Unix  se define como la cantidad de segundos transcurridos desde la medianoche UTC del 1 de enero de 1970, sin contar segundos intercalares. El tiempo que representa es UTC, pero no tiene forma de representar segundos bisiestos de UTC (por ejemplo, 1998-12-31 23:59:60).

Cualquier dispositivo que disponga de una conexión a Internet, podría sincronizar su fecha y hora con gran precisión en cuestión de segundos. Sólo es necesario  conectarse a un servidor NTP para recibir el código de tiempo, y luego introducir los comandos en una librería para que nos entregue la fecha y hora local en la zona que queramos .

D1 mini ESP32

Para hacer este nuevo transmisor DCF77, he utilizado una placa ESP32 y un pequeño display OLED de 64×48 pixel, 0,66 pulgadas. El módulo ESP32 dispone de todo lo se necesita para hacer un transmisor DCF77  completo.

Bloques ESP32
ESP32
  • Procesador de 32 bit, que permite generar la frecuencia de 77,5 kHz con mucha más precisión que Arduino.
  • Reloj en tiempo real (RTC) para gestionar el envío de los códigos de tiempo DCF77
  • Interface WiFi, para conectar a un servidor NTP y sincronizar la fecha y hora con gran precisión.

LIVE D1 mini ESP32

El módulo ESP32 es capaz de sincronizar cualquier reloj DCF77 por si solo, incluso se podría prescindir del display. Sólo sería necesario conectar un trozo de cable en el pin IO25 (antena) y acercarlo al reloj, aunque su alcance sería muy limitado.

MiniKit ES32

HW-699 0.66″ OLED display (64×48)

Con este display, además de mostrar la fecha y hora, es posible saber qué está haciendo el transmisor DCF77 en cada momento. El display  HW-699 se comunica con el módulo ESP32 mediante su interface I2C, y es posible configurarlo con dos direcciones diferentes (0x3C / 0x3D). Por defecto utiliza la dirección 0x3C, y así es como lo he utilizado para hacer este montaje.

Display OLED 0,66"

Módulo ESP32, dentro del transmisor DCF77

Aprovechando que ya tenía un transmisor DCF77 con Arduino, he montado dentro de su caja el módulo ESP32, junto con el display OLED. De esta manera aprovecho además de la caja su fuente de alimentación (batería 3,7V + StepUp 5V + módulo de carga), los indicaciones LED y el amplificador de potencia junto con su bobina de antena.

Esquema: Transmisor DCF77

Firmware:

Repositorio GitHub:
https://github.com/J-RPM/DCF77-Transmitter

El archivo que necesitas para programar el ATmega328P, lo puedes descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace: TX_DCF77.rar

El archivo que necesitas para programar el ESP32, lo puedes descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace: DFC77_ESP32_JR.rar

Soporte 3D (ESP32+Display)

Soporte OLED

El fichero .stl que necesitas para fabricar esta soporte, lo puedes descargar desde el siguiente enlace: DCF77 transmitter with ESP32

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Resistencias de carga para electrónica

Funcionamiento y usos de las cargas electrónicas, destinadas a comprobar los sistemas de alimentación cuando entregan su máxima potencia, ya sean conectados a la red eléctrica como a baterías. Las resistencias de carga permiten comprobar la corriente máxima que soporta un cargador de baterías, medir el rizado y ruido de una fuente de alimentación a plena carga, comprobar la capacidad real de baterías y pilas, etc. Se realizan pruebas y medidas con tres resistencias de carga diferentes, una resistencia de carga convencional, otra electrónica de construcción casera… y la última también electrónica, de 150W controlada por microprocesador.

Diferentes usos de las resistencias de carga

En un taller de electrónica, ya sea de tipo profesional o aficionado, son muy útiles las resistencias de carga. Las resistencias de carga permiten comprobar y ajustar equipos de RF, sin tener que montar una antena y radiar frecuencias no permitidas.

Cargas de RF

Pero no sólo son útiles este tipo de resistencias de carga, en este caso me voy a centrar en las resistencias de carga que se utilizan para simular consumos en sistemas de alimentación y comprobar su correcto funcionamiento, o su autonomía si se trata de un sistema de alimentación con baterías.

Cargas electrónicas de corriente constante

Cuando la resistencia de carga se va a utiliza para comprobar sistemas de alimentación, ya es posible incluir circuitos de control  por ancho de impulso (PWM) o analógicos, con el fin de mantener una corriente de descarga constante en baterías, sin importar que se vaya reduciendo su tensión con el tiempo.

Curvas de descarga de baterías Li-ion

Así  se podrá medir la capacidad real de una batería o pila, fijando un valor fijo de corriente de descarga, con tan sólo cronometrar el tiempo que ha tardado en alcanzar su tensión mínima (batería descargada). La capacidad de una batería es un parámetro muy importante, y los fabricantes  rotulan su valor en Amperios/hora (Ah) o miliamperios/hora (mAh), dependiendo de la capacidad y tipo de batería.

Hace tiempo medí la capacidad real de una serie de baterías nuevas, con el fin de comprobar la tolerancia que existía con el valor que declaraba el fabricante. Ya suponía que siendo unas baterías de origen chino, su capacidad real podría ser mucho más baja del valor que indicaban en la cubierta. Lo que no me imaginaba es que esa diferencia pudiera ser tan grande…

Medidas de la capacidad real de algunas baterías

Para hacer estas medidas construí una carga electrónica de corriente constante, que permite funcionar con tensiones que varíen entre 1 y 60 voltios, manteniendo la corriente constante al valor que se fije mediante sus dos potenciómetros de ajuste. En el diseño, la corriente máxima la limité a 3A, porque la disipación que le puse no era muy buena, a pesar de que el transistor que monté podría soportar hasta 15 amperios.

Carga de corriente constante, con valores máximos de 60V y 3A

Si estás interesado en conocer el funcionamiento de una carga electrónica de corriente constante, o quieres conocer más detalles para fabricarte una con muy pocos componentes, lee el siguiente artículo:

Construye una carga electrónica

Carga electrónica de 150W

Actualmente se pueden encontrar a la venta multitud de cargas electrónicas de corriente constante, a un precio muy asequible (<20€). En realidad no merece la pena comprar los componentes para montar una carga electrónica, cuando se pueden conseguir ya montadas a un precio inferior al que habría que pagar si se compran los componentes sueltos. Bajo mi punto de vista, el único interés que podría tener montar una carga electrónica componente a componente, sería por afición o con fines educativos. Como norma general, cualquier dispositivo electrónico que se pueda comprar en una tienda, siempre saldrá más barato comprarlo que fabricar uno igual… y eso dejando aparte el acabado final.

Carga electrónica de corriente constante, hasta 150W

Características

  • Tensión de alimentación: 6 ~ 12VDC
  • Medida de tensión: 0 ~ 150VDC   precisión: 0,05 V
  • Medida de corriente: 0 ~ 10A precisión: 0,05A
  • Medida de potencia:  0 ~ 150W
  • Medida de energía : 0 ~ 99999,9Wh precisión: 0,01Wh
  • Medida de potencia: 0 ~ 2999,9 W precisión: 0,01 W
  • Medida de Impedancia: 0 ~ 999,9Ω precisión: 0,01Ω
  • Rango de temperatura: 0 ~ 99 °C precisión: 1 ℃
  • Ajuste de tensión máxima y mínima con alarma: 0 ~ 150VDC
  • Ajuste de corriente máxima con alarma: 0 ~ 10A
  • Ajuste de potencia máxima con alarma:  0 ~ 150W
  • Medida de capacidad: 0 ~ 999,999Ah precisión: 0,001Ah
  • Tiempo máximo: 999:59:59 precisión: 1s
  • Potencia de refrigeración del ventilador: <150W
  • Temperatura para el arranque del ventilador: > 40 ℃

Configuración y funcionamiento

El manual de funcionamiento que se incluye en esta carga de 150W, se podría catalogar como suficiente, pero es mejorable. Después de practicar un rato con los menús y configuraciones, llegas a acostumbrarte, pero creo que el fabricante debería haber puesto como mínimo dos pulsadores en lugar de uno. Con un sólo pulsador para todo, es muy fácil confundirse y hacer justamente lo que no quieres. (Modo irónico: ON) Es posible que el diseñador de esta carga fuera en su juventud telegrafista, y está muy acostumbrado a codificar letras a base de pulsaciones (Modo irónico: OFF).

Con el fin de que no se me olvide el modo de acceder a todos los menús, hice un diagrama a modo resumen en una hoja, y la tengo guardada junto con la carga. Así será mucho más fácil cuando la tenga que utilizar dentro de un tiempo, y ya no me acuerde de nada.

Diagrama de funcionamiento y configuración, de la carga electrónica de 150W

Marco de sujeción para el LCD

Un fallo de diseño de esta carga, es la falta de sujeción del display LCD dentro de su alojamiento. Al girar la carga se desprende el display y se queda colgando de la cinta flexible de conexiones. Para solucionar este problema he fabricado un marco en PLA, con la impresora 3D, para sujetar el display en su soporte. Este marco entra a presión, evitando que se mueva el display de su alojamiento, protegiendo al mismo tiempo su cinta de conexión con el PCB.

Si quieres fabricar esta marco de protección con una impresora 3D, puedes descargar el fichero .STL desde el siguiente link:

Clamping frame for the LCD of the 150W electronic load resistor

¿Necesitas fabricar un 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. Una de las empresas más grandes del sector es PCBWay. Hasta un 30% de descuento para PCBs especiales, con fabricación en 24 horas.

Logo: PCBWay

Ahora el servicio de montaje en PCBWay por tan solo 30$, con tiempo de entrega rápido: https://www.pcbway.es/

 

Soldadura de doble punto

Montaje de un kit de soldadura de doble punto, alimentado con una batería de 12V reciclada de un automóvil. Este soldador permite unir pletinas de hasta 0,15 mm de sección, muy útil para construir los paquetes de baterías que llevan como alimentación algunos dispositivos electrónicos. Construcción y montaje de una carcasa de protección para el módulo controlador, construida con una impresora 3D. Pruebas de funcionamiento del soldador, modificando la potencia y soldando pletinas de níquel de 0,1 y 0,2 mm.

Tenaza de soldar por puntos

Soldadura por puntos

La soldadura por puntos se basa en presión, intensidad y tiempo. En esta soldadura se calienta una parte muy pequeña de las piezas a soldar mediante el paso de corriente eléctrica, alcanzando temperaturas próximas a la fusión, y se ejerce una presión entre ambas piezas. Este tipo de soldadura es muy utilizado en la industria de automoción para unir chapas o láminas metálicas entre si,  normalmente de espesor entre 0,5mm y 3mm. Los mejores resultados se obtienen cuando las dos chapas tienen el mismo grosor.

Soldadura por puntos
Soldadura por puntos

Etapas de las soldaduras por puntos

  • Colocación de las chapas a soldar entre ambos electrodos.
  • Acercamiento de los electrodos en las chapas ejerciendo presión.
  • Soldadura: tiempo que está circulando la corriente eléctrica.
  • Forjado: tiempo transcurrido hasta el levantamiento de los electrodos.
    Etapas de la soldadura por puntosEtapas de la soldadura por puntos

Tiempo de soldadura

La generación de calor es directamente proporcional al tiempo de soldadura. Debido a la transferencia de calor de la zona de soldadura a los metales base y a los electrodos, así como a la pérdida libre de calor de la superficie al entorno, se necesitará una corriente y tiempo mínimo. Cuando se detiene la corriente, las puntas de cobre enfrían la soldadura por puntos, haciendo que el metal se solidifique bajo presión.

Fuerza de soldadura

Las piezas de trabajo deben ser comprimidas con cierta fuerza en la zona de soldadura para permitir el paso de la corriente. Si la fuerza de soldadura es demasiado baja, la expulsión puede ocurrir inmediatamente después de iniciar la corriente de soldadura, debido a que la resistencia de contacto es demasiado alta, dando como resultado una rápida generación de calor.

Cables tipo AWG

Los equipos de soldadura por punto pueden ser fijos o portátiles. Los equipos portátiles suelen incorporar los electrodos en la misma máquina, a modo de tenaza. Estas tenazas son de gran sección y baja resistencia eléctrica (alta conductividad), debido a la alta corriente que debe circular y con el fin de minimizar al máximo las pérdidas.  En algunos casos es necesario separar la máquina de la tenaza, y se utilizan unos cables de conexión entre ambos. En estos casos, los cables deberían ser lo más cortos posible y de gran sección. A continuación se muestra una tabla con las características de los cables tipo AWG, normalmente utilizados para este fin.

Tabla de características de los cables AWG

Soldadura de doble punto

La soldadura de doble punto se utiliza cuando no se tiene acceso con los electrodos a las dos caras de unión, como sucede cuando tenemos que unir un número determinado de baterías en serie o paralelo. Para obtener buenos resultados con una soldadura de doble punto, el espesor de la chapa inferior tendría que ser igual o mayor al de la chapa superior, evitando así las pérdidas debidas a un exceso de calentamiento en la chapa inferior.

Corriente en la soldadura de doble punto

 

Principales defectos en la soldadura por puntos

  • Intensidad demasiado alta: penetración demasiado profunda y agujeros.
  • Intensidad demasiado baja: mala resistencia de la unión.
  • Presión demasiado alta: marcas profundas en las chapas.
  • Presión demasiado baja: salpicaduras y agujeros.
  • Tiempo de soldadura demasiado largo: baja calidad del punto y agujeros.
  • Tiempo de soldadura demasiado corto: mala resistencia de la unión.

Diferentes estados de un punto de soldadura

Características de los metales en la soldadura por puntos

Las aleaciones rojas y bronces fósforos se sueldan mejor. Los metales y las aleaciones de distinta naturaleza se pueden soldar, pero si sus temperaturas de fusión no son muy diferentes.

  • Níquel y sus aleaciones se sueldan fácilmente con una intensidad muy elevada.
  • Aluminio, magnesio y sus aleaciones pueden soldarse a condición de que se emplee una corriente muy intensa durante un tiempo muy corto, y se controle rigurosamente la cantidad de energía suministrada.
  • Latón se suelda más fácilmente que el aluminio, aplicando una corriente elevada durante un tiempo corto.
  • Zinc y sus aleaciones son delicadas de soldar por su baja temperatura de fusión.
  • Cobre es imposible de soldar con cobre. En mejor de los casos, la soldadura es muy mala.

Temperatura de fusión de los metales

  • Estaño: 232°C
  • Plomo: 327°C
  • Zinc: 420°C
  • Magnesio: 650 ºC
  • Aluminio: 650°C
  • Bronce: 880° ··· 920°C
  • Latón: 930°··· 980°C
  • Plata: 950°C
  • Oro: 1054ºC
  • Cobre: 1083°C
  • Hierro fundido: 1220°C
  • Manganeso: 1244ºC
  • Metal monel: 1340°C
  • Acero de alto carbono: 1370°C
  • Silicio: 1410ºC
  • Acero inoxidable: 1430°C
  • Níquel: 1450°C
  • Cobalto: 1495ºC
  • Hierro: 1535°C
  • Titanio: 1650ºC
  • Vanadio: 1730ºC
  • Platino: 1770ºC
  • Cromo: 1900ºC
  • Molibdeno: 2610ºC
  • Tungsteno: 3380°C

Equipo de soldadura de doble punto, para construir paquetes de baterías

Para soldar baterías, normalmente se utilizan chapas de níquel con secciones comprendidas entre 0,1 y 0,2 mm. El tiempo de conexión de una soldadura por puntos tiene que ser muy preciso. Para este tipo de soldaduras, el tiempo varía entre 3 y 10 ms, y depende de la corriente necesaria para fundir el metal que se vaya a soldar, sin llegar a perforarlo. Como es lógico, los valores de corriente y tiempo de conexión dependerán de la sección y tipo de chapa que utilicemos.

Chapas de níquel

Las soldaduras por puntos se realizan provocando un cortocircuito en la fuente de alimentación, y tan importante es controlar la temperatura de fusión del metal a soldar, como proteger su fuente de alimentación, limitando los tiempos de conexión y el intervalo mínimo entre soldaduras consecutivas.

Soldadura de doble punto con transformador

Hay muchas maneras de hacer soldaduras por puntos, se pueden utilizar transformadores y soldar con tensión alterna, o utilizar baterías o súper condensadores y soldar con tensión continua. Lo más importante es utilizar el controlador adecuado, a la tensión y corriente de la fuente de alimentación que utilicemos. Para soldar con tensión alterna se suelen utilizar transformadores reciclados de hornos microondas, sustituyendo el devanado de AT por un par de espiras de cable de gran sección.

También se podría utilizar un equipo de soldadura por arco convencional, los de transformador. No sirven los equipos de soldadura de tipo inverter, porque precisamente estos equipos incorporan un sistema para evitar que se pegue la varilla cuando se inicia la soldadura, y cortan la tensión cuando se produce un cortocircuito.

Kit de soldadura de doble punto, para alimentarlo con una batería de 12V

Para soldar con tensión continua, aprovechando la batería de 12V que he sustituido en el coche, he comprado un kit que incluye todo lo necesario:
– Placa controladora
– Cables de conexión
– Dos electrodos de cobre para hacer la soldadura

Kit de soldadura de doble punto, para alimentarlo con una batería de 12V.

Carcasa de protección para el PCB

He fabricado una carcasa de protección en PLA, con la impresora 3D, para evitar posibles  cortocircuitos cuando el equipo de soldadura está alimentado.

Carcasa 3D

Si quieres fabricar esta carcasa con tu impresora 3D, puedes descargar el fichero .STL desde el siguiente link: Protective housing for a controller module of a double point welding kit

¿Necesitas fabricar un 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. Una de las empresas más grandes del sector es PCBWay. Hasta un 30% de descuento para PCBs especiales, con fabricación en 24 horas.

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