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

¿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.

PCB de prototipo gratis y con plazo de entrega rápido: https://www.pcbway.es/

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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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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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Control-Medidor de Ozono en el aire, con Arduino

Construcción de un medidor de ozono en el aire con Arduino. Al mismo tiempo, este medidor se encargará de controlar el encendido y apagado del equipo generador de ozono, manteniendo así un nivel de concentración prefijado, dentro de un compartimento destinado a la desinfección de objetos. El sensor de gas ozono tipo MQ-131, de baja concentración, permite medir concentraciones de ozono en el aire comprendidas entre 0,01 y 1 ppm.

Medidor de la concentración de ozono en el aire

 

Concentración de Ozono en el aire

El ozono es muy bueno para desinfectar locales, ropa de trabajo, mascarillas y también alimentos. Debido a la situación actual, se están vendiendo generadores de ozono de todo tipo, y muchos de ellos orientados al uso doméstico.  El ozono, al igual que cualquier producto desinfectante, hay que utilizarlo con precaución. Es importante destacar que el ozono es un gas tóxico para los pulmones. Los generadores de ozono hay que utilizarlos en sitios cerrados y sin gente dentro.

Concentración máxima de ozono en el aire durante 8 horas

El problema que tiene el ozono frente a otros productos desinfectantes, es que es muy difícil de dosificar. El ozono es un gas muy inestable y no se puede envasar, debido a que las moléculas del ozono se recombinan muy rápidamente, convirtiéndose de nuevo en oxígeno. Cuando se utiliza el ozono como desinfectante, lo más importante es calcular el tiempo que debería estar funcionando el equipo generador. Ese tiempo dependerá del valor de concentración de ozono que necesitemos alcanzar (ppm), y varía en función de los metros cúbicos desinfectar (volumen) y de la potencia del generador.

Desinfectantes

Teniendo en cuenta que la producción de ozono de un generador varía en función de la calidad del aire (temperatura, humedad…) y además depende del rendimiento de su elemento reactor, el cual se envejece y no es muy lineal; la única manera de calcular ese tiempo sería mediante un equipo de medida, que a su vez controlara el encendido y apagado del equipo generador de ozono. Este interruptor funcionaría como el termostato de una calefacción, conectando y desconectando el generador en función de la concentración de ozono en el aire que se quisiera alcanzar.

Sensores de gas MQ

MQ  es una familia de sensores de gas, orientados a medir diferentes compuestos químicos dependiendo del modelo de sensor que se utilice. Los sensores MQ están compuestos por un elemento semiconductor (óxidos metálicos) sensible a cada tipo de gas, el cuál varía su resistencia en función de la concentración de gas en el aire.

Sensores de gas de la serie MQ

Estabilidad y Precisión de los sensores MQ

Para obtener una mayor estabilidad, los sensores MQ incorporan una resistencia calefactora, lo cual supone un consumo extra y una falta de precisión en las medidas que se realicen al poco tiempo de alimentar el sensor. Otro punto importante a considerar, es que cada modelo de sensor MQ tienen alta sensibilidad a un gas específico, pero en menor medida también reaccionan o otros gases, y esto provoca una mayor imprecisión. Por ejemplo, el sensor de ozono MQ-131 tiene una alta sensibilidad al ozono, pero también es sensible a otros gases oxidantes como el cloro y el dióxido de nitrógeno.

Módulo sensor de gas ozono MQ-131

Para obtener una precisión mínima, es necesario calibrar cada sensor, y almacenar su valor de resistencia sin presencia de gas, dentro del firmware encargado de calcular las medidas. La precisión de estos sensores depende muchos factores internos y externos difíciles de controlar (temperatura de trabajo, humedad, envejecimiento del sensor), y nunca deberían utilizarse como elemento de control en lugares críticos.

Detalles del módulo sensor de gas ozono MQ-131

Con la ayuda de un controlador programado, por ejemplo con Arduino, los sensores MQ los podemos utilizar para medir la concentración de un gas determinado, dependiendo del modelo de sensor que elijamos.  Los sensores de gas MQ pueden comprarse sueltos, pero es muy común conseguirlos ya montados en un pequeño PCB, en el cuál se incluye un circuito comparador que nos proporciona una salida digital extra, además de la propia salida analógica del sensor. A través de la resistencia variable (trimmer) que incluyen estos circuitos , podríamos prefijar un umbral máximo de gas, y disparar una alarma.

Esquema genérico, para utilizar con los sensores de tipo MQ

Medidor-Controlador de Ozono

En el caso del sensor MQ-131, muy sensible al gas Ozono, mediante esta salida digital podríamos controlar el encendido y apagado de un generador de ozono. Esto sería muy útil para mantener un nivel alto de ozono dentro de un compartimento cerrado (cabina, caja, etc.) con el fin de desinfectar objetos personales, utensilios de trabajo, ropa, etc.

Esquema del Medidor-Controlador de ozono.

Descargar el firmware

El firmware que necesitas para programar el ATMEGA328P (Arduino UNO),  los puedes descargar desde el siguiente enlace:  MQ-131_JR.rar

Cubierta del sensor, impresa en 3D

La cubierta de protección del sensor gas la he fabricado con PLA. El PCB del sensor se fija a esta cubierta sin tornillos,  calentando con un soldador los 4 resaltes de PLA que sobresalen por los orificios del PCB, una vez encajado en la cubierta.

Carcasa 3D, para el sensor de gas MQ

Los archivos que necesitas para imprimir esta cubierta de protección, los puedes descargar desde el siguiente enlace: Cover for MQ gas sensor

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Avisador para Smartphone

Construcción de un sencillo avisador acústico/luminoso, para amplificar las llamadas y avisos de un teléfono móvil. Este circuito entrega en una clavija la tensión de red cada vez que suena el teléfono, y podría suministrar hasta un máximo de 10 amperios.

El escuchar las llamadas de un teléfono móvil,  es un problema muy común en las personas de avanzada edad. La presbiacusia, o pérdida de audición, ocurre en la mayoría de las personas al envejecer, aunque también sucede con personas más jóvenes, cuando están expuestas a sonidos demasiado fuertes durante mucho tiempo.

Deficiencia auditivaPara teléfonos fijos existen muchos avisadores de tipo comercial… timbres de potencia, avisadores luminosos para sordos, etc. Estos dispositivos normalmente van conectados a la roseta del propio teléfono, aunque antiguamente existían algunos dispositivos que utilizaban una bobina captadora con una ventosa, que se pegaba en las proximidades del timbre del teléfono. Es complicado hacer algo parecido y fiable para un teléfono móvil, porque hay mucha variedad de dispositivos, y además la tecnología va cambiando. Mi idea es buscar algo que sirva para cualquier teléfono móvil de última generación, y sin tener que conectar nada al teléfono.

Posibles opciones

Una forma sencilla de hacerlo, sería activando el vibrador del teléfono con las llamadas; y detectar esa vibración para activar un timbre o una luz auxiliar. Hice bastantes pruebas con diferentes sensores, y al final lo descarté por ser poco fiable. El sistema de vibración de algunos dispositivos es muy leve, y al aumentar la sensibilidad del circuito se producen falsos avisos debido a las vibraciones del propio entorno.

Sensores de vibración

Buscando un poco en el Play Store, encontré muchas aplicaciones que permiten encender la luz/linterna trasera del teléfono cuando reciben llamadas o mensajes en redes sociales… y además todo esto es configurable!

Alert Flash en PlayStore
Pensando en uno de los últimos montajes que realicé, y con el fin de aprovechar los circuitos impresos que ya tenía, decidí construir una base de carga para el teléfono móvil, en la que se incluye la detección del encendido de la luz/linterna del móvil.

Interruptor inteligente

Funcionamiento del avisador

Cada vez que se encienda la luz del móvil, el circuito suministrará una tensión de red con un consumo máximo de 10A. Así en esta salida se podría conectar un timbre de potencia, una luz, o cualquier cosa que se nos ocurra.

Esquema: Avisador para Smartphone

Además, este circuito dispone un LED indicador de estado, que nos permitirá saber si ha habido alguna llamada o notificación desde que dejamos el teléfono móvil apoyado en la base.

El archivo que necesitas para programar el ATtiny85, lo puedes descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace: Alert_Mobile.rar

Caja impresa en 3D

La caja la he fabricado en PLA, a medida del teléfono Xiaomi Mi A1.

Caja 3D: Avisador para Smartphone

Los archivos que necesitas para imprimir esta caja,los puedes descargar desde el siguiente enlace:

Call signaling for Smartphone

¿Dónde fabricar el PCB?

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Transmisor experimental DCF77

Construcción de un sencillo transmisor de 77,5 KHz, para poder poner en hora los relojes DCF77 que no reciban correctamente la señal del transmisor de Alemania. DCF77 es una estación de radio situada en Alemania, que transmite en onda larga (LW). Comenzó a funcionar como una estación de frecuencia estándar el 1 de enero de 1959, y a partir de junio de 1973 se incorporó en la transmisión la información de la fecha y la hora. La señal DCF77 utiliza la codificación de cambio de amplitud para transmitir información de tiempo, codificada digitalmente al reducir la amplitud de la portadora hasta un 15% de su nivel nominal durante 0,1 o 0,2 segundos, al comienzo de cada segundo. Una reducción de 0,1 segundos indica un 0 binario; y una reducción de 0,2 segundos indica un 1 binario.

En hora con DCF77

Diseño de un transmisor DCF77

A pesar de la gran precisión en frecuencia y fase con la que se transmiten las señales DCF77 desde el transmisor de Alemania, los relojes de uso doméstico no comprueban la información que reciben con tanta precisión.

Modulación en amplitud y fase del transmisor DCF77

Un reloj DCF77 sólo necesita recibir una portadora de 77,5 KHz, con amplitud variable al ritmo de cada segundo y la codificación de tiempo adecuada. Si colocamos un pequeño transmisor de 77,5 KHz en las proximidades de un reloj DCF77, la portadora podría tener una deriva en frecuencia de +/-300 Hz, no incluir la modulación en fase, y aumentar la profundidad de modulación en amplitud hasta el 100%. Así es posible transmitir la información DCF77 con una modulación ASK.

Modulación ASK

Todo esto facilita mucho la construcción de un transmisor experimental, que nos permita actualizar la hora de los relojes DCF77 que no estén situados en un lugar favorable para recibir las señales horarias desde el transmisor de Alemania.

Cobertura DCF77

Otra ventaja de disponer de un pequeño transmisor DCF77, es que podríamos utilizar estos relojes en lugares en los que nunca podrían funcionar… en América, Asia, etc.

Transmisor DCF77

Desde hace años estoy utilizando pequeños transmisores para sincronizar relojes DCF77, pero los dos transmisores que tengo están diseñados con algunos componentes electrónicos que actualmente son difíciles de encontrar. Por ese motivo voy a construir un nuevo transmisor DCF77, barato y muy sencillo de construir. El nuevo transmisor está construido a partir del microprocesador ATmega328P, utilizado en las placas de desarrollo Arduino UNO.

Esquema: Transmisor DCF77

El transmisor se encarga de generar la frecuencia portadora (77,5 KHz) y controlar su modulación, interrumpiendo la señal de RF (ASK). Con el fin de facilitar el transporte y ubicación en el lugar más favorable al reloj o relojes a sincronizar, el transmisor es de baja potencia y está alimentado con una batería de Li-ion (3,7V).

Interface: USB-RS232
Interface: USB-RS232

La codificación DCF77 la genera una aplicación para PC, y la envía al transmisor mediante el hilo RTS de un puerto serie. Actualmente ningún PC dispone de un puerto serie (DB9), pero es muy fácil y barato conseguir un interface USB-RS232.

 

(Actualizado: Septiembre 2020)

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

Software de control DCF77

Con el fin de poder programar y controlar el reloj LED de esfera rotante, he creado una aplicación para Windows (DCF77.exe),  la cuál también incluye la funcionalidad de generar  las señales DCF77. El software DCF77.exe puede controlar de forma simultánea el reloj LED de esfera rotante y el transmisor DCF77.

El software DCF77.exe lo puedes descargar de forma gratuita y con seguridad desde el siguiente enlace:  Install_DCF77.rar

New version in english: Install_DCF77_eng.rar

Caja para el transmisor

La caja se considera como un complemento de cualquier montaje electrónico, y además suele ser lo más laborioso de realizar, debido a su mecanizado. Actualmente es más fácil conseguir una caja a medida y mecanizada a buen precio, utilizando una impresora 3D.  El trabajo más laborioso es el realizar el diseño, pero una vez hecho, se pueden hacer todas las cajas que quieras sin la necesidad de perder más tiempo en realizar sus mecanizados.

Caja 3D: Transmisor DCF77

Los ficheros que necesitas para fabricar esta caja, los puedes descargar desde el siguiente enlace:

DCF77 experimental transmitter

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PCB: TX_DCF77

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Interruptor inteligente

Diseño y construcción de un interruptor inteligente, capaz de cortar la alimentación de todos los dispositivos conectados en una regleta de enchufes. El circuito detecta el consumo en una toma de red (Master), y desconecta todo (incluido el propio controlador) cuando se apaga el dispositivo conectado a la toma ‘Master’. Así en reposo (Standby), el consumo total de todo el conjunto será nulo.

Regletas de RED inteligentes

Buscando un poco por Internet, podemos encontrar regletas de alimentación inteligentes. La mayoría de ellas nos permiten conectar y desconectar la alimentación de todos los enchufes desde un dispositivo móvil, programar la hora de encendido y apagado, incluso medir el consumo y  calcular su coste.

Regletas inteligentes en Internet

El uso de regletas inteligentes podría suponer un gran ahorro energético, pero hay que tener en cuenta que estas regletas de por sí ya incorporan un consumo extra… y su circuito de control consume energía las 24 horas del día.

Interruptor inteligente

La idea de este montaje, es la de conseguir el apagado automático de una serie de dispositivos, al detectar el apagado del equipo principal (Master). Por ejemplo, si conectamos a la toma principal  de este circuito la CPU de nuestro PC,  y el resto de dispositivos (monitor, impresora, escáner, etc)  a la toma auxiliar; al desconectar la CPU se desconectaría la alimentación de todo el conjunto… incluso la del propio circuito de control. De esta manera no quedaría ningún equipo consumiendo en modo ‘Standby’, y el consumo total sería nulo.

Interruptor inteligente montado

A continuación se muestra el esquema del circuito de control, encargado de cortar la alimentación en todas las tomas de red, cuando detecte un caída de consumo en la toma ‘Master’.

Esquema: Interruptor inteligente

Las tensiones que obtendremos como muestra en la entrada del ATtiny cambiarán dependiendo de la inductancia y características del transformador que utilicemos (filtro EMI), además del tipo de carga que conectemos en la toma ‘Master’ (carga reactiva o lineal).

Principio de funcionamiento

El circuito está basado en la transferencia de tensión que aporta una de los dos  bobinas de un filtro EMI, al paso de la corriente de RED por el otro devanado.  Este montaje funciona como un transformador de corriente, entregando una tensión en el devanado secundario, proporcional a la corriente que circule por el primario. En este caso, la transferencia de tensión no es lineal con la potencia, pues dependerá del tipo de carga que conectemos en la toma ‘Master’. Si la carga se comporta como una resistencia pura,  la transferencia de tensión será menor que si tuviera una componente reactiva.

Medidas de tensión con diferentes cargas

El circuito detector de umbral está construido con Arduino, utilizando un ATtiny 85. Este pequeño micro controlador tiene sólo 8 pines y puede funcionar con un oscilador interno, lo que permite hacer uso de casi todos sus terminales.

Calibración y ajuste de los umbrales

En este montaje se han dedicado dos pines del ATtiny para poder configurar hasta 4 umbrales distintos de funcionamiento. Así podemos elegir el umbral de detección más adecuado al equipo que vayamos a conectar en la toma ‘Master’. Como es lógico suponer, los 4 umbrales los podremos calibrar y modificar con Arduino, antes de programar el ATtiny.

Ajuste y calibrado de los umbrales

Para facilitar el ajuste de los umbrales y la calibración de la escala, podemos cargar el código ‘Regleta_TEST.ino’ que se adjunta en la descarga, y utilizar la placa de desarrollo Arduino UNO. Para realizar este ajuste, colocamos un potenciómetro de 10K entre el positivo y negativo de la fuente de 5V, y conectamos el cursor del potenciómetro con la entrada A2 de Arduino UNO. El proceso a seguir para la calibración de la escala y fijación de los umbrales. se explica en el video final.

Los archivos que necesitas para programar el Arduino UNO y el ATtiny, lo puedes descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace:

Interruptor_I.rar

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PCB: Interruptor inteligente

 

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Descarga del ficheros 3D:

Intelligent switch

Diseño 3D

 

 

 

 

 

 

 

Barra LED de señalización para bicicletas, con ATtiny

Construcción de una barra LED, para la señalización trasera en bicicletas, patinetes, etc. El circuito es muy simple y tiene muy pocos componentes electrónicos. Esta barra LED está construida con 5 LED de alta luminosidad, y está controlada con el pequeño procesador ATtiny (ATtiny 25/45/85 de 8 pines). La barra LED está alimentada con una batería de 3,7v (Li-Ion), pero también podría alimentarse con 2/3 pilas en serie de 1,5V.

Iluminación trasera en bicicletas

Luz trasera para bicicletasPor seguridad, cuando se circula con una bicicleta en zonas de baja luminosidad, es muy importante disponer de una buena iluminación trasera.  Por otra parte, es imprescindible señalizar cualquier cambio de dirección cuando se circula con tráfico. Como el ancho de una bicicleta es muy reducido, sólo se necesita un punto de luz, y es muy fácil integrar las luces de cambio de dirección construyendo una barra LED.

Luz intermitente secuencial

 

Al montar las luces de cambio de dirección junto con la iluminación trasera, es aconsejable que la identificación del sentido de giro sea clara, sin crear confusión por estar integradas en una sola barra. La mejor manera de hacerlo es creando una animación con las luces, igual que lo hacen algunos modelos de coche de alta gama.

Barra LED para señalización de bicicletas

El circuito de control está basado en el pequeño micro controlador ATtiny. Debido al número limitado de pines de conexión (8 pines), el modo de funcionamiento se determina en la fase de arranque. Así es necesario desconectar la alimentación del circuito cada vez que necesitemos cambiar su modo de funcionamiento: Luz trasera / Luz de dirección. Utilizando otro modelo de micro controlador con más pines, como el ATmega, se podrían integrar ambas funciones y ampliar el número de LED en la barra.

Programar el ATtiny

La programación del ATtiny se puede hacer con Arduino, mediante el interface ISP.

Programar ATtiny

Shield programador ATmega/ATtiny (ARDUINO)

Firmware

El código de programación de esta barra LED,  se puede descargar desde el siguiente enlace: Luz trasera para bicicletas

OLED: SSD1306 ‘Fake in China’ & Sensor de proximidad para invidentes

Sensor de proximidad para invidentes

Construcción de un sensor de proximidad con Arduino, mostrando la información de la distancia en un display gráfico OLED de 0,96″. El display OLED que he utilizado es el SSD1306 y debería tener una resolución de 128×64 pixel, pero como en China ahorran por todas partes, el display muestra los gráficos con una resolución de 128×32… ¿50% de ahorro/estafa?.
Este sensor de proximidad incluye un avisador acústico, y podría ser muy útil como complemento del bastón guía para personas invidentes. En este caso no sería imprescindible instalar el display, y la autonomía de la batería sería mayor.

Medir la distancia por ultrasonidos

Utilizar un sensor por ultrasonidos para medir distancias con precisión no es lo más adecuado, pero puede ser de gran ayuda si se utiliza para detectar obstáculos cercanos. Este sensor podría utilizarse como ayuda al aparcamiento de un coche, aunque hay otros sensores más adecuados (capacitivos, ópticos), porque las cápsulas piezoeléctricas no están pensadas para trabajar en la intemperie. El uso más adecuado para este sensor sería montarlo en un equipo portátil, y utilizarlo como avisador de obstáculos cercanos para personas invidentes (podría utilizarse como complemento del bastón guía).

Sensor HC-SR04

El sensor de ultrasonidos HC-SR04 se puede comprar por menos de 1 dólar en Internet, y tiene un alcance aproximado de 4 metros y medio.

Sensor HC-SR04

Para ver la medida de la distancia he utilizado un diminuto display gráfico de 128×64 pixel, el modelo SSD1306, con  tecnología OLED.

Oled: SSD1306

Este circuito incluye un zumbador piezoeléctrico para realizar avisos acústicos de los objetos más próximos (imprescindible para invidentes).

Esquema: Detector de proximidad

El zumbador empezará a sonar de forma intermitente cuando haya objetos a partir de una distancia de 60 cms., y se irá acelerando la cadencia a medida que se acorta la distancia con el obstáculo. Este sonido intermitente se convertirá en continuo, cuando la distancia del obstáculo esté a 5 cms. o menos del sensor.

Resolución del display SSD1306

El display OLED SSD1306 que he utilizado en este montaje lo compré por Internet, y me ha llegado con ‘sorpresa’. El display incorpora un controlador gráfico de 128×64 pixel de resolución, el cuál controla el encendido de un display OLED de 128×32 pixel. Esto supone un 50% de pérdida de resolución, o visto de otra forma, es necesario enviar al display el doble de la información que va a presentar. Cuando el display muestra textos o números utilizando su font de caracteres, sólo se puede apreciar el problema cuando el tamaño de letra es 1. El problema es que si se carga un gráfico en memoria, se pierde un 50% de su resolución, y se pierde la fidelidad del gráfico por la pérdida de puntos. Observa en la imagen siguiente, que la altura en pixel de los caracteres es la mitad de la que debería ser, teniendo en cuenta que el direccionamiento del cursor si es el correcto.

Resolución SSD1306

 

El proceso que he seguido para cargar el gráfico, ha sido convertir la resolución del archivo original de 128×64 pixel a 128×32, luego corregir con un editor de dibujo los detalles más visibles (Paint o similar), y volver a redimensionar el gráfico a 128×64 pixel para poder utilizarlo en este display sin perder fidelidad.

Si utilizas un display con una resolución correcta (128×64), este último paso no lo tienes que hacer.

Programar gráficos en el display

Si quieres generar tu propio gráfico para que aparezca en el display, puedes sustituir el código del gráfico que yo he puesto por el tuyo. Para crear este código a partir de una imagen BMP,  la forma mas sencilla de hacerlo es mediante el software: LCD Assistant

Software: LCD Assistant

Firmware

El código de programación de este sensor de proximidad,  se puede descargar desde el siguiente enlace: Sensor de proximidad

Medir la sensación térmica

Construcción de un medidor de humedad, temperatura real y la sensación térmica. Para este montaje voy a utilizar el sensor de temperatura y humedad DHT11, y como controlador utilizaré Arduino. La sensación térmica describe el grado de incomodidad que el ser humano percibe, como resultado de la combinación de la temperatura, humedad y el viento. La humedad, junto con la velocidad del aire hacen que la sensación de frío sea mayor en invierno, y la sensación de calor más intensa en verano.

Sensor DHT11

La temperatura y la sensación térmica

Es habitual que nos fijemos en la temperatura que muestra un termómetro, y rápidamente asociemos el valor que hemos leído con la sensación de frío o calor que vamos a sentir. Sin embargo, la sensación térmica varía en función de otros factores, como son la humedad relativa del aire y su velocidad.

Regulación térmica

El cuerpo humano intenta mantener su temperatura corporal a un valor constante, alrededor de los 37ºC y la piel es el principal órgano encargado de regular la temperatura:

  • Cuando aumenta la temperatura del cuerpo, se dilatan los vasos sanguíneos y aumenta el flujo de sangre por la piel, y la piel en contacto con el exterior hace de radiador y se reduce la temperatura. Si el calor es excesivo, se abren los poros y se comienza a sudar. El sudor es un método de enfriamiento muy efectivo, porque su evaporación provoca un enfriamiento mucho más rápido.

Sudor y humedad

  • Cuando el cuerpo se enfrí­a, los vasos sanguí­neos se contraen y el flujo sanguíneo se reduce. Los músculos son estimulados para generar más calor, pudiendo llegar a provocar temblores involuntarios. Así  el cuerpo puede aumentar su temperatura rápidamente en caso de necesidad.

En definitiva, la piel humana es el sensor que detecta las diferencias de temperatura entre el cuerpo y el ambiente, para reaccionar en consecuencia. Si tenemos en cuenta que la temperatura de la piel se mantiene alrededor de los 32ºC, la sensación térmica variará de forma más brusca, cuando más nos alejemos de dicho valor y dependerá de la humedad y velocidad del aire exterior.

Sensación térmica: Humedad/Temperatura

La sensación térmica describe el grado de incomodidad que el ser humano percibe, como resultado de la combinación de la temperatura, humedad  y el viento. La humedad, junto con la velocidad del aire hacen que la sensación de frío sea mayor en invierno, y la sensación de calor más intensa en verano.

Gráfica: sensación térmica

 

La humedad en verano y en invierno

  • En verano, con temperaturas altas, un exceso de humedad en el ambiente impide que el sudor se evapore de forma eficiente, provocando una sensación de calor más alta.
  • En invierno, con temperaturas bajas, un exceso de humedad en el ambiente provoca una hidratación mayor de la piel, condensando partículas de agua en la superficie como si fuera sudor, y su evaporación provoca una sensación de frío mayor que la que muestra el termómetro

Si queremos saber el grado de frío o calor, sobre todo en las regiones de climas húmedos, es mucho más útil conocer la sensación térmica que la temperatura. La humedad relativa del aire, representada con las siglas HR o la letra griega Φ (fi), es la concentración de vapor de agua en el aire.

Una vez corregido el valor de temperatura con la sensación térmica debido a la humedad, si además hay viento con una velocidad superior a 12,5 km/h, habría que aplicar al valor obtenido una nueva corrección.

Sensación térmica con viento

La corrección con el viento es mucho menor que la provocada por la humedad. Como se puede ver en la gráfica anterior,  la sensación de calor aumenta a partir de 34ºC  y también disminuye a partir de ese mismo valor.

Medir la sensación térmica

La construcción de un medidor que muestre el valor de la sensación térmica, es sencilla y de bajo costo. Con Arduino el código de programación es muy corto, y además las fórmulas de corrección ya están incluidas dentro de las librerías del sensor DHTxx. Para este montaje utilicé el sensor DHT11, pero si se requiere una mayor precisión, es mejor utilizar el DHT22. El controlador de este medidor está hecho con Arduino, y la presentación de los valores se muestra en un display LCD de 2×16 caracteres. Todo el conjunto se podría fabricar sin tener que soldar ningún componente, utilizando un Arduino UNO junto con su ‘Shield LCD‘. El sensor de temperatura/humedad se puede conectar con terminales de conexión en la tarjeta Arduino, porque el sensor DHT11 se puede comprar montado en una pequeña placa PCB, en la que lleva montada una resistencia Pull-Up y el condensador de desacoplo para la alimentación. La alimentación de todo el conjunto es de 5 VDC, por lo que se podría utilizar cualquier cargador USB que tengamos en casa.

También puedes optar por hacer un montaje independiente, sin la placa de desarrollo de Arduino.  Así  te saldrá todo más barato y su tamaño será menor:

Esquema del medidor de temperatura, humedad y sensación térmica

Firmware (v1)

El código de programación de este medidor, junto con la librería de control necesaria para el sensor DHTxx, se puede descargar desde el siguiente enlace: Temperatura y humedad

Descargar fichero .stl

Thermometer showing the thermal sensation

El medidor de temperatura y humedad lo puedes montar dentro de en una pequeña caja de plástico  (100 x 60 x 25 mm), incluyendo dentro su propia fuente conmutada de 5VDC. Los detalles de este montaje, los puedes ver en el siguiente video:

Sensación y conductividad térmica

¿Por qué tiene tan mala respuesta a la temperatura el sensor DHT11?. El problema es que el sensor de temperatura DHT11 está encerrado dentro de una jaula de plástico, por lo que su conductividad térmica entre el exterior y el sensor es mala, y esto provoca que su tiempo de respuesta sea lento. Para corregir este fallo, he montado un segundo sensor de temperatura en el termómetro. He utilizado el sensor DS18B20 con encapsulado metálico para medir la temperatura, dejando el sensor DHT11 para medir la humedad y calcular la sensación térmica.

Tiempo de respuesta de un sensor

La respuesta en el tiempo de un sensor de temperatura depende de la conductividad térmica del material utilizado entre el elemento a medir (aire, líquido) y el sensor de temperatura. Como norma general, los materiales mas conductivos eléctricamente, también lo son térmicamente.

Conductividad térmica de algunos materiales

Utilizar un sensor de temperatura con encapsulado metálico, es una buena elección cuando se necesita obtener una respuesta rápida en la medida.

Tabla: Conductividad eléctrica y térmica

Aunque esto no siempre es imprescindible y hay veces que es mejor utilizar un sensor de respuesta más lenta, con el fin de mostrar la temperatura ambiente y evitar que se muestren cambios bruscos debido a una corriente de aire frío o caliente  ocasional.

Conductividad térmica

El sensor de temperatura y humedad DHT11 es de respuesta lenta y muy válido para mostrar la temperatura en zonas abiertas, pero no es el más adecuado para medir valores en recintos pequeños (sauna, cámara frigorífica, caldera).

¿Es útil el montaje anterior?

Dependiendo del uso que le quieres dar al medidor de temperatura ambiente, tendrás que elegir el sensor de temperatura que mejor se adapte al entorno. Si quieres mostrar la temperatura en un espacio abierto, el montaje anterior te podría servir. Pero si lo quieres para hacer medidas rápidas, o para mostrar los valores dentro de en un recinto pequeño, es aconsejable añadir al esquema anterior un segundo sensor de temperatura con encapsulado metálico.

Temperatura, humedad y sensación térmica con dos sensores.

Firmware (v2)

El código de programación del medidor con doble sensor, se puede descargar desde el siguiente enlace: Temperatura y humedad (v2)