Programación de un reloj LED, para que pueda mostrar la hora en cualquier formato (12h-24h). Esta modificación se realiza en un ‘Reloj-Fecha-Cronómetro-Temperatura‘ con 4 dígitos de 7 segmentos LED, de control serie. El controlador de este reloj está construido a partir del microprocesaror AT89S52, con encapsulado de 44 pines (SMD).
Sistema horario
El sistema horario de 24 horas es una convención de medición del tiempo, en la que el día se contabiliza de medianoche a medianoche. Con formato de 24 horas, las horas se empiezan a contar a partir de la medianoche, y se presenta con los números comprendidos entre el 0 y 23.
El sistema de 24 horas es el más utilizado en la actualidad, y el sistema de 12 horas se utiliza principalmente para la comunicación oral, porque es más intuitivo. A pesar de que el sistema de 24 horas es el más usado en comunicaciones escritas, en algunos países lo denominan como horario militar o astronómico, y prefieren realizar la presentación de la hora utilizando el sistema tradicional de 12 horas.
Esta actualización se realiza en el Reloj SMD que mostré anteriormente:
Cuando se programa el firmware de un reloj, es importante saber si el display de presentación es multiplexado o no, así como el valor de tiempo mínimo a mostrar.
Cuando el display es multiplexado, el microprocesador tiene que enviar la información con una cadencia mucho más rápida, siempre superior a la persistencia del ojo humano. Si se quiere evitar el efecto de parpadeo, la frecuencia de refresco del display debería ser como mínimo de 50 Hz.
La cadencia de lectura de la información horaria debe ser igual o superior al valor del tiempo mínimo que se quiera mostrar en el display. Si el reloj muestra décimas de segundos, el microprocesador tendría que leer la información del chip RTC con una cadencia mínima de 1/10 segundos, cada 100 mSeg.
Funcionamiento del reloj
A pesar de que el Reloj SMD no es multiplexado, porque la presentación se realiza enviando los datos en serie (registro de desplazamiento), lo he programado con una frecuencia de refresco muy alta.
Esto lo hice así, porque utilicé la estructura de programa del reloj de esfera rotante FC-209, el cuál si era multiplexado.
Antes de presentar la hora en el display por primera vez, el microprocesador tiene que leer la información del chip RTC (DS1302). Y si el reloj muestra segundos, la lectura se debería hacer que como mínimo una vez por segundo.
Aprovechando las prestaciones y velocidad del microprocesador que he utilizado, decidí insertar la rutina de lectura del chip DS1302 (RTC) dentro de la rutina de refresco del display. Como se puede ver en la gráfica anterior, la lectura se está haciendo con una cadencia de 926 veces por segundo.
Actualización del firmware
La nueva actualización del Reloj SMD, la puedes descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace:
Con esta actualización es posible configurar el sistema de presentación horaria en el display, pudiendo elegir el sistema de 12/24 horas. Para incorporar esta función, he utilizado el método más sencillo de hacerlo: Internamente todo funciona en modo 24 horas, y dependiendo del modo en el que se deba mostrar la hora, el programa pasará o no a través de las rutinas de conversión a formato de 12 horas. Y esto lo hará sólo antes de enviar la hora al display, porque los menús de configuración siempre mostrarán la hora utilizando el formato de 24 horas. Así no será necesario modificar los menús de configuración, ni cambiar el sistema horario del chip DS1302 (RTC). A continuación os muestro el código que he añadido en esta actualización.
Funcionamiento de la subrutina: ValAB
Menús de configuración
Los menús de configuración de esta versión (v2), no cambian con respecto a la versión anterior (v1). En esta versión aparece un nuevo menú, y es para configurar el sistema de presentación horaria (12/24) del reloj.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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:
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
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.
Utilizar un sensor de temperatura con encapsulado metálico, es una buena elección cuando se necesita obtener una respuesta rápida en la medida.
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.
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.
Firmware (v2)
El código de programación del medidor con doble sensor, se puede descargar desde el siguiente enlace:Temperatura y humedad (v2)
Fabricación de un Reloj-Cronómetro-Temperatura, encadenando 4 módulos SMD de 7 segmentos con control serie. El controlador de este reloj está construido a partir del micro controlador AT89S52, con encapsulado TQFP de 44 pines (SMD).
ESQUEMAS
Módulo RTC: DS1302
Las comunicaciones entre el micro-controlador y el chip de reloj DS1302 se realizan mediante 3 hilos:
Reloj (SCLK)
Entrada/Salida de datos (I/O)
Habilitación (CE)
Módulo RTC: DS1302
El módulo RTC ya incluye el cristal de cuarzo que necesita el chip DS1302, y una pila de 3V para mantener sus datos cuando falta la alimentación. La conexión entre este módulo y la CPU es de 5 hilos, 2 de la alimentación y 3 de control.
Comunicaciones con DS1302
Sensor de temperatura: DS18B20
El control de este sensor de temperatura es bidireccional y se realiza mediante un sólo pin, así su encapsulado sólo tiene 3 pines: VCC, GND y Datos.
Sensor: DS18B20
El DS18B20 se puede comprar con encapsulado normal, su aspecto es el de un transistor, o ya montado dentro de una cápsula de acero inoxidable. El encapsulado en acero inoxidable permite sumergir el sensor en líquidos, y también es muy aconsejable para utilizarlo en el exterior.
El chip DS18B20 es un sensor temperatura digital, su resolución es configurable entre 9 y 12 bits. Por defecto, de fábrica está configurado con 12 bits. A máxima resolución, sus últimos 4 bits se corresponden con las lecturas decimales de: 0,5°/ 0,25° / 0,125° / 0,0625°. Puedes ver más detalles técnicos de este sensor en el siguiente artículo:
Para alimentar este reloj se necesita una fuente de alimentación de 12 VDC, con una corriente mínima de 200 mA. La solución más barata y eficaz, es incluir dentro de la caja del reloj una pequeña fuente de alimentación conmutada de 12V / 400 mA.
CONFIGURACIÓN
Para cambiar los datos de fecha, hora, cronómetro y el resto de parámetros de configuración, se utilizan dos pulsadores:
MODE
PLUS
Para modificar los datos del reloj, seguir el siguiente diagrama de configuración:
SELECCIONAR MODO: RELOJ/CRONÓMETRO
El modo de funcionamiento RELOJ/CRONÓMETRO se determina durante la fase de arranque, mientras se está mostrando en el display un mensaje de texto rotando, en la que se muestra la versión del firmware. Si no se toca ningún pulsador, el modo de funcionamiento será: RELOJ. Para cambiar a modo CRONÓMETRO en cualquier momento, seguir los siguientes pasos:
Pulsar los dos botones a la vez: RESET
Cuando aparezca el mensaje rotante, mantener pulsado el botón 1 (MODE)
Una vez que que hayamos entrado en el modo CRONÓMETRO, ya podremos configurar sus parámetros de funcionamiento. Estos valores se guardarán en el chip de memoria del reloj (DS1302), y estos serán los nuevos valores de arranque del cronómetro. Al igual que sucede con los parámetros del reloj, tendremos que tener conectada la pila de tampón en el chip, si no queremos perder todos los datos cuando falte la alimentación.
Detalles de la presentación del Display
Cuando se está funcionando en modo RELOJ, es posible seleccionar entre 3 tipos de presentación. La información que muestra el display se cambia mediante una breve pulsación del botón 2 (PLUS):
Hora / (*) Alterno: Hora y Temperatura
Temperatura
Alterno: Hora, Fecha y Temperatura
(*) El modo alterno de la presentación 1ª, se muestra en caso de que se active la alarma de temperatura en el menú de configuración. En caso contrario, la presentación 1ª mostrará la hora de forma permanente.
Cuando se active el modo de presentación alterno, la temperatura se mostrará de forma síncrona con el reloj, y lo hará cada 5 segundos. Entre el segundo 5 y el 55 de cada minuto, nunca se mostrará en el segundo ‘0’ de cada minuto. La temperatura sólo aparecerá durante un segundo de cada 5, en total 11 veces en cada minuto.
Alarma de Temperatura
La lectura del sensor de Temperatura se realiza cada 10 segundos. De manera que entre dos presentaciones sucesivas de 5 segundos, sólo una de las lecturas será en tiempo real. Cuando está utilizando la presentación 1ª en modo alterno, los segundos acabados en ‘0’ mostrarán la temperatura leída anteriormente, excepto en el segundo ‘0’ de cada minuto que no se muestra. En el caso de que la temperatura sobrepasara alguno de los dos umbrales de alarma, el aviso acústico se realizará cuando el valor acaba de ser leído. Es decir, la alarma de temperatura sólo sonaría en los segundos acabados en ‘5’.
Alarmas horarias
El reloj permite configurar 2 alarmas horarias, sin prioridad entre ellas pero siguiendo este criterio: Cuando una de las dos alarmas se dispara, mientras permanezca en su periodo activo, la otra alarma nunca podrá dispararse.
Las dos alarmas horarias pueden valer para los 7 días de la semana, o estar limitadas a los 5 días laborables, quedando inactivas todos los Sábados y Domingos. En modo RELOJ, el punto decimal del dígito de la derecha (esquina inferior derecha del display) esta asociado a la alarma horaria. Las alarmas horarias pueden configurarse para que suenen una sola vez (1 minuto si no se silencia antes) o con repeticiones. Las repeticiones se realizarán cada 5 segundos. Para silenciar el sonido de una alarma, realizar una breve pulsación en el botón 2 (PLUS). Si después de sonar una alarma se quieren anular todas sus repeticiones sin cambiar la configuración del reloj, es necesario pulsar los dos botones a la vez (RESET).
Estados posibles del LED indicador de alarma horaria:
APAGADO: No existe ninguna alarma horaria en las próximas 24 horas
PARPADEANDO: Existe alguna alarma horaria dentro de las próximas 24 horas.
FIJO: Alarma ACTIVA, sonando o dentro del periodo de repetición.
Hora: Verano/Invierno
En algunos países existen dos tipos horarios:
Horario estándar, el que corresponde con el huso horario (Horario de invierno).
Horario de verano:
El cambio de hora se aplica una vez al año, haciendo que del horario estándar (o de invierno) se pase al horario de verano. Aunque la primera vez que se aplicó este cambio de hora fue durante la Primera Guerra Mundial, dejo de aplicarse hasta la crisis del petróleo de 1973. El objetivo es el de aprovechar mejor la luz solar, consumiendo menos electricidad.
Cambios horarios (Invierno/Verano)
HORARIO DE VERANO
Último domingo de MARZO: A las 2:00 AM se adelanta a las 3:00 AM
… se adelante 1 hora el reloj
HORARIO DE INVIERNO
Último domingo de OCTUBRE: A las 3:00 AM se atrasa a las 2:00 AM
… se atrasa 1 hora el reloj
FIRMWARE
El firmware de este reloj se programa una vez montado el micro controlador (AT89S52) en su circuito impreso, a través de su interface de programación serie ICSP. Lo ideal sería utilizar un programador que tuviera dicho interface, pero si no lo tienes, puedes hacerlo con ARDUINO.
En esta versión se corrige el tamaño de los taladros, se incluye la posibilidad de utilizar dos tipos de conector en sus salidas y se añade una toma auxiliar de +5V
Archivos GERBER para fabricar el PCB del Display ( 1 dígito de 7 segmentos):
Montaje, calibración y pruebas del kit: M328 Transistor Tester, comprobador de componentes electrónicos. Este comprobador está basado en el micro controlador ATMEGA328P, el mismo que utiliza la placa de desarrollo ARDUINO Uno. El firmware de este comprobador (v1.12k de 2017) ya viene grabado y el chip protegido contra lectura, de manera que no es posible realizar modificaciones. Sin embargo, existe mucha información en Internet, incluso algunos códigos fuente válidos para este micro controlador.
Proceso de montaje
Para montar este kit es conveniente tener cierta destreza con el soldador, y disponer de las herramientas adecuadas. En general, el montaje no es complicado, porque todos los valores de los componentes están rotulados en la serigrafía del circuito impreso. La única dificultad sería soldar los 3 componentes de montaje superficial (SMD) que incluye este kit.
Para facilitar el montaje, es conveniente montar los componentes más pequeños en primer lugar (SMD), y siguiendo por los de altura más baja (resistencias). También hay que prestar mucha atención a la hora de identificar las resistencias, porque están identificadas siguiendo el código de colores de 5 bandas y es fácil confundir algún valor por otro. En caso de dudas, lo mejor es medir los valores de las resistencias con un polímetro, para estar seguros antes de soldarlas.
Calibración
Una vez montado el kit, lo primero que hay que hacer es calibrar el equipo. A la calibración se accede mediante el menú Selftest del comprobador. El proceso de calibración es muy rápido y sencillo. Antes de entrar en el menú, tenemos que preparar 2 trozos de cable para unir las 3 entradas, y un condensador mayor de 100nF y menor de 20uF. La calibración consiste en 3 pasos:
Calibrar el cero del medidor, uniendo las 3 entradas del medidor con 2 cables cortos. En este punto el equipo calibra la resistencia 0 ohmios en las 3 entradas del medidor.
Calibrar el punto ‘abierto’ del comprobador, con el equipo encendido sin componentes (quitando los cables del punto anterior). En este momento se calibra la capacidad 0pF de las 3 entradas, entre otras cosas.
Calibrar la escala del capacímetro. En este punto se necesita conectar un condensador mayor de 100nF y menor de 20uF, entre las entradas 1 y 3 del comprobador.
Se pueden ver todos los detalles de calibración en el video #1.
Funciones especiales
Aparte de la detección y comprobación de la mayoría de los componentes electrónicos (resistencias, condensadores, bobinas, diodos, transistores, etc), este comprobador dispone de algunas funciones especiales, por ejemplo:
Comprobar y medir el sensor de Temperatura DS18B20.
Comprobar y medir el sensor de Temperatura/Humedad DHT11.
Decodificar las señales IR de un mando a distancia (menú IR_Decoder), mediante la inserción en sus terminales de un chip receptor IR. El comprobador muestra en la pantalla el protocolo y todos los datos que se transmiten al pulsar cada una de las teclas de un mando a distancia IR (4 Bytes).
También es posible configurar en el menú IR_Encoder el código de una tecla, y transmitirla mediante la conexión de un diodo LED IR en los terminales de salida PWM del comprobador.
Generar una señal PWM de 10 bit, pudiendo configurar el porcentaje del ancho de impulso entre 1 y 99%. El nivel de salida es 5Vpp, y la frecuencia 7812,5 Hz.
Generar una serie de frecuencias predefinidas, entre 1 Hz y 20 MHz. La forma de onda es cuadrada y tiene un nivel de 5Vpp.
Medir frecuencias comprendidas entre 1Hz y 3,9MHz, con un nivel entre 1 y 5 Vpp.
Medir la Resistencia Serie Equivalente (ESR) de condensadores electrolíticos, sin la necesidad de tenerlos que desconectar del circuito impreso.
Todos los detalles de montaje, calibración y pruebas se muestran en la siguiente serie de 3 videos:
Construcción de un termostato digital, para controlar temperaturas con una precisión de 0,1ºC. Este termostato utiliza el sensor DS18B20, está controlado con el microprocesador AT89S52, y permite regular temperaturas entre -40 y +100ºC. También es posible controlar de forma simultánea los dos circuitos de un climatizador, el de frío y calor. Este termostato podría utilizarse como climatizador en un automóvil, controlar la temperatura de un edificio, la del agua de una piscina, incluso la de una incubadora. En esta segunda parte, se realizan los ajustes del termostato y se comprueba su funcionamiento.
CPU del termostato
La CPU del termostato la he montado en un circuito impreso de tipo universal. Para facilitar el montaje, todos los periféricos utilizan conectores. Se utilizan clemas de conexión para la entrada de alimentación (5 VDC), la conexión del sensor de temperatura DS18B20, los dos pulsadores y las dos salidas de control hacia los relés. Para el display LCD se utiliza un conector de 16 pines. El led de actividad utiliza la conexión de 2 pines macho y la otra conexión de 6 pines macho es para programar el micro controlador AT89S52 sin tener que extraerlo del circuito impreso, conexión ICSP.
Firmware
Antes de conectar el circuito a la alimentación, es necesario programar el micro controlador AT89S52.El archivo hexadecimal (firmware) lo puedes descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace:
El único ajuste de hardware que se necesita hacer es el del contraste del display, y se hace moviendo el ajuste del potenciómetro hasta conseguir un contraste óptimo. Luego se debería fijar la temperatura de trabajo del termostato, utilizando los dos pulsadores del frontal. El termostato permite fijar valores de temperatura entre -39,9 y +99,9ºC, con una precisión de 0,1ºC. Al menú de configuración se accede pulsando el botón SET, y mediante el otro pulsador se pueden recorrer todos los valores posibles. Para cambiar de posición el cursor y guardar el valor anterior, se pulsa nuevamente el botón SET. A continuación se accede al menú de calibración del sensor de temperatura DS18B20. Desde este menú es posible modificar la temperatura medida por el sensor con intervalos de 1ºC. Este ajuste permite seleccionar valores offset comprendidos entre -5 y +4ºC. Para realizar esta calibración, sería conveniente utilizar un termómetro de precisión.
Pruebas de funcionamiento
Para comprobar el correcto funcionamiento del termostato he simulado su conexión en una incubadora, fijando la temperatura de control en 24,0ºC. El sistema de calefacción (para estas pruebas) consiste en una bombilla de filamento de 40W, conectada a 230 VAC a través del circuito 2 del termostato. El sistema de refrigeración es un pequeño ventilador de 12 VDC, controlado por el circuito 1 del termostato. Dependiendo de la distancia que exista entre los sistemas frío/calor y el termostato, es posible que se generen ciclos de histéresis: sobrepasando levemente la temperatura cuando esté conectada la bombilla, o disminuyendo cuando esté conectado el ventilador. Estos ciclos de conexión/desconexión tendrán un intervalo mínimo de 5 segundos, ya que este es el intervalo de medida y refresco del termostato.
A continuación se prueba el sensor a temperaturas límites, con el fin de comprobar el correcto funcionamiento del circuito. El termostato guarda los valores de temperatura máxima-mínima, y también los puede mostrar en la línea superior del display LCD. Mediante la pulsación del botón verde, se alternan las dos presentaciones posibles en la línea superior del display, la presentación inferior no cambia. Los valores de máxima-mínima se reinician cada vez que se entra en el menú de configuración, o cuando baja la alimentación del pin 40 (VCC) del micro controlador por debajo de 2V. Para evitar la pérdida de los valores de configuración mientras está funcionando el termostato, es necesario mantener conectada la batería de 3,6 V NiMH que se incluye en el circuito. La conexión se realiza mediante un puente de conexión (jumper), o un pequeño interruptor deslizante con acceso desde el exterior.
En caso de no utilizar el termostato, es conveniente desconectar la batería del circuito.
Construcción de un termostato digital, para controlar temperaturas con una precisión de 0,1ºC. Este termostato utiliza el sensor DS18B20, está controlado con el microprocesador AT89S52, y permite regular temperaturas entre -40 y +100ºC. También es posible controlar de forma simultánea los dos circuitos de un climatizador, el de frío y calor. Este termostato podría utilizarse como climatizador en un automóvil, controlar la temperatura de un edificio, la del agua de una piscina, incluso la de una incubadora. En esta primera parte, se muestra el diseño y construcción del termostato.
Descripción de funcionamiento
Este termostato permite calibrar su sensor de temperatura (DS18B20)en saltos de 1ºC, permitiendo un Offset entre -5 y +4ºC sobre el valor medido. Este valor de calibrado, junto con el valor de temperatura de referencia del termostato, también configurable mediante los pulsadores, son almacenados en la memoria RAM del propio micro controlador (AT89S52). Para evitar la pérdida de dichos valores en caso de perder la alimentación mientras está funcionando, el circuito incorpora una pequeña batería recargable de 3,6V Ni-MH.
Salidas de control
El termostato permite controlar los dos circuitos de un climatizador de forma simultánea, el circuito de frío y el de calor. El micro controlador dispone de 2 salidas con estado lógico ‘0’ y otras 2 con estado lógico ‘1’. De esta forma es posible conectar cualquier driver en sus salidas. En este circuito he utilizado un módulo compuesto por 2 relés de 5V, de disparo con estado lógico ‘0’ y entradas optoacopladas (ver imagen).
Power Down Mode
La activación del ‘modo apagado’ (Power Down) del micro controlador permite minimizar al máximo su consumo. La detección de dicha caída de tensión se realiza mediante la lectura del nivel lógico 1/0 en el pin 39 (P0.0) del micro controlador. A pesar de que se podría simplificar el circuito intercalando una resistencia entre dicho pin (P0.0) y la entrada +5V, es mucho más eficaz entregar un nivel lógico en su entrada fijando su umbral de decisión. El circuito detector del umbral de apagado, está fijado por el valor del diodo Zener montado entre la base del transistor BC557 y masa (ver el esquema). En lugar del diodo Zener, puede utilizarse un diodo LED que tenga un umbral de encendido próximo a 3V.
A pesar de que el consumo del micro controlador se reduce bastante, es conveniente conectar la batería únicamente cuando el termostato esté en uso. De otra manera, la batería acabaría por descargarse. La finalidad de la batería es la de mantener los valores de configuración mientras el termostato está funcionando, y no cuando esté almacenado sin uso. En el esquema podemos ver que la desconexión de la batería se realiza mediante la extracción de un puente (jumper) entre el polo negativo de la batería y masa. Este puente puede sustituirse por un pequeño interruptor deslizante, para poder accionarlo sin la necesidad de tener que abrir la caja.
Circuito impreso
Para la realización de este termostato he utilizado un circuito impreso de tipo universal. Es cierto que el acabado queda mucho mejor si se monta en un circuito impreso hecho a medida. Sin embargo, muchos aficionados a la electrónica son reacios a ‘perder el tiempo’ en fabricar un circuito impreso, y prefieren utilizar placas de tipo universal. Además, la fiabilidad del circuito impreso sólo depende del cuidado que se ponga durante el montaje y soldadura de sus componentes… el aspecto no mejora la fiabilidad.
He utilizado una caja de plástico de tipo comercial, de tamaño 130×130 mm y 35 mm de altura. Para darle un mejor acabado, he utilizado un trozo de Polimetilmetacrilato (Plexiglas).
El mecanizado y serigrafía lo he realizado con la CNC.
Recopilación de todos los videos relacionados con el reloj LED (FC-209), explicando por encima lo que se puede encontrar en cada uno de ellos. Además se presenta la última actualización del firmware, tanto para el kit FC-209 como para el reloj de pared. También se crean ambas versiones de firmware con los textos en inglés.
Se describe el montaje del kit de reloj en una carcasa de plástico semitransparente, en la cual se alberga una batería de litio (recuperada de un PC), con el fin de alimentar el reloj de forma autónoma. Se empieza describiendo con el esquema y de forma básica el funcionamiento del reloj. Posteriormente se explica el funcionamiento del módulo ‘Step Up’, utilizado para elevar la tensión de la batería de litio y conseguir los 5V estabilizados que alimentan el reloj. También se instala un módulo de carga TP4056 con protección, el cual se explicó con detalles entre el video Power Bank #1 y Linterna LED #2 – MEJORAS. Se mide el consumo del reloj, y se calcula la autonomía máxima de la batería, a partir de su capacidad. Finalmente se muestra la construcción de la serigrafía frontal, realizada con una CNC y se describe el funcionamiento y ajustes de este kit de reloj, utilizando el firmware con el que viene programado el reloj de fábrica.
Se realiza un nuevo firmware para sustituirlo por el que viene instalado de fábrica, es la versión 1. Después de realizar un estudio de todo el hardware, se decide elevar la frecuencia del reloj de cuarzo, y sustituir el sensor de temperatura original DS18B20, por otro de mayor precisión. Al realizar estos cambios, la versión 1 del firmware no es compatible con el kit original, porque sería necesario sustituir estos dos componentes. Posteriormente se detalla a fondo el funcionamiento del chip DS1302, RTC o reloj en tiempo real, y se explica el proceso a seguir para reprogramar el micro-controlador utilizando el puerto ICSP (In-Circuit Serial Programming) que incorpora dicho kit. Finalmente se detallan todas las funciones y mejoras incorporadas en el nuevo firmware, explicando el modo de configuración y su funcionamiento.
Se actualiza el firmware anterior, incorporando la posibilidad de que el reloj realice el cambio automático de la hora inverno/verano. Esta es la versión 2, y tampoco es compatible con el kit original. Se analiza a fondo el funcionamiento y comunicaciones entre el sensor de temperatura y el micro-controlador, comparando las diferencias que existen entre el sensor original DS18B20 y el instalado. Finalmente se calibra el sensor de temperatura mediante el menú de configuración y se detalla el proceso que sigue el reloj cuando tiene que actualizar la hora, estando apagado y encendido, comprobando también su funcionamiento.
Se actualiza de nuevo el firmware, incorporando la posibilidad de programar las horas en las que el display reduce su brillo. Con esto se evitan las molestias por exceso de iluminación, cuando se utiliza como despertador en una habitación oscura. Esta es la versión 3, y tampoco es compatible con el kit original. Se realizan de nuevo medidas de consumo del reloj, pero ahora con bajo brillo, y se calcula el incremento de la autonomía de su batería, debido a la reducción del consumo.
Debido a las numerosas peticiones que recibo, realizo un nuevo firmware totalmente compatible con el kit de reloj FC-209. Esta es la versión 4, y es la primera que se puede utilizar con el kit original. A pesar de que el sensor de temperatura original es menos preciso, con el DS18B20 se amplía el rango de medidas, pudiendo mostrar temperaturas entre -10 y 125ºC. Como existe la posibilidad de sustituir el chip de temperatura por otro externo con encapsulado metálico, es posible utilizar un sensor externo para medir la temperatura de componentes electrónicos o fluidos.
Se incorpora la posibilidad de utilizar el kit FC-209 como reloj o cronómetro. La opción de cronómetro se debe habilitar pulsando el botón central MODE, en la fase de arranque. En caso de no tocar nada, el módulo arrancará en modo reloj y tendrá las mismas funciones que tenía en la versión anterior, versión 4. Esta es la versión 5, y también es compatible con el kit FC-209. Una vez que se entra en el modo cronómetro, es posible configurar el modo del contador, pudiendo contar el tiempo hacia delante o hacia atrás. La resolución del cronómetro es de centésimas de segundos, mostrando este valor al final, en modo alterno cuando se detiene la cuenta.
Se muestra un nuevo diseño de reloj, utilizando las mismas características del kit FC-209, pero ampliando su tamaño para que pueda utilizarse como reloj de pared. Este firmware NO es compatible con el kit de reloj FC-209. Esta es la versión 6, exclusiva para este modelo de reloj, pero funciona exactamente igual que la versión 5 en el kit FC-209.
Al ampliar de tamaño el display, es mejor construir todo el frontal con diodos LED, en lugar de utilizar display’s de 7 segmentos. Con este aumento de tamaño se acentúa el efecto de parpadeo, provocado por la baja velocidad del procesador, por lo que se aumenta la frecuencia del cristal de cuarzo, igual que se hizo en las 3 primeras versiones del firmware, pero en este caso se mantiene el mismo modelo de sensor de temperatura. Otra modificación, es el uso de una batería recargable en lugar de la pila de botón. En este firmware se habilita el control de carga de la batería tampón, a través del chip DS1302. Para poder alimentar más de dos diodos en serie, como es el caso, se necesita subir la tensión de alimentación por encima de 5V, por lo que también se necesita instalar un módulo Step-UP.
En el video se muestran los detalles de construcción del circuito impreso que se necesita, así como el ensamblado de los diodos led en el frontal y sus cableados. Finalmente se realizan las pruebas de funcionamiento.
Se construye la carcasa frontal del reloj de pared, y se monta un anclaje para poder colgarlo. También se muestra el grabado de la serigrafía y mecanizado del frontal, realizado todo con una CNC. Luego se pinta la serigrafía, y se muestra el reloj ya colgado y funcionando.
Se utiliza un nuevo kit de reloj, para poder utilizarlo principalmente como medidor de temperatura de componentes electrónicos y fluidos. Se sustituye el chip de temperatura original, por otro externo del mismo modelo, pero encapsulado en acero inoxidable. También se realiza el mecanizado con la CNC, pero como en este caso se utilizará el kit con un alimentador externo de 5V, su tamaño es bastante reducido y fácil de transportar. Finalmente se realiza el calibrado del sensor de temperatura, utilizando como referencia los 0ºC que tiene el hielo en fusión.
Debido a las múltiples peticiones que recibí de algunos seguidores no hispanos, hice una versión del último firmware del kit FC-209, pero traduciendo todos sus textos en inglés.
Última actualización del firmware del reloj LED
Se incorporan un par de sugerencias que he recibido en los últimos meses. La primera de ellas y la más solicitada, es la posibilidad de presentar la temperatura en modo alterno con la hora, y la otra es la opción de poder mostrar los CEROS de las decenas de hora en el display, es decir, que se encienda el cero de la izquierda de las horas entre las 0 y las 9 de la mañana. Ambas opciones serán configurables, de manera que se podrá elegir entre la presentación anterior o la nueva.
Existe una variante entre el firmware del kit de reloj FC-209 y el reloj de pared, aunque sus prestaciones son las mismas. De manera que hay dos modelos de firmware, uno para cada modelo.
Cuando se active el modo de presentación alterno, la temperatura se mostrará de forma síncrona con el reloj, y lo hará cada 5 segundos. Entre el segundo 5 y el 55 de cada minuto, nunca se mostrará en el segundo ‘0’ de cada minuto, y lo hago así con el fin de mostrar siempre el cambio del minuto al paso por el segundo ‘0’ y no interrumpir la escucha de las señales horarias en caso de que estuvieran activadas. La temperatura sólo aparecerá durante un segundo de cada 5, en total 11 veces en cada minuto.
Por otra parte, como la lectura de la temperatura requiere de un tiempo y no es conveniente utilizar interrupciones cuando se está realizando la lectura, la presentación del display se detiene durante ese período de tiempo, siempre inferior a 1 segundo, pero provoca que la aparición de la temperatura en el display sea inferior a 1 segundo. Dependiendo de la velocidad del sensor de temperatura ese efecto podría pasar desapercibido, cosa que no sucede con el chip original que se incluye en el kit, ya que es demasiado lento. Me refiero al sensor de temperatura DS18B20 que se incluye en el kit de reloj.
Por ese motivo, con el fin de mejorar la visibilidad de la temperatura, la lectura sólo se realizará cada 10 segundos, de manera que entre dos presentaciones sucesivas, una de ellas siempre será instantánea y aparecerá durante 1 segundo completo. Dependiendo del segundo en el que se arranque el reloj, la lectura podría coincidir en los segundos acabados en ‘0’ o en ‘5’, ya que la primera vez que pase por alguno de ellos tendrá que leer el valor, pero al paso por el segundo ‘0’ se sincronizará y siempre leerá en los segundos acabados en ‘5’. Los segundos acabados en ‘0’ mostrarán la temperatura leída anteriormente, excepto en el segundo ‘0’ de cada minuto como ya he mencionado antes. Por otra parte, en el caso de que la temperatura sobrepase alguno de los dos umbrales de alarma, el aviso acústico se realizará sólo cuando el valor acaba de ser leído. Es decir, la alarma de temperatura sólo sonará en los segundos acabados en ‘5’
Firmware for FC-209 kit in English, LED clock with rotating sphere. This video is dedicated to fans of channel who don’t understand Spanish language, but they’re interested in some assemblies that have presented on the channel.
The explanation about how working of all components contained in this circuit, not going to repeat in English, because the manufacturers documentation is already in English … and is much fuller than that I could explain here.
Veremos la hora y temperatura en el kit Shake Stick Flash, de 16 LED por columna. El circuito original incluye el micro controlador AT89S52, y aunque ya viene programado con 4 imágenes diferentes, lo reprogramaremos para darle una mayor versatilidad. Este kit incluye un conector ISP (In-system programming), y esto facilita su uso como plataforma de desarrollo para realizar prácticas con este tipo de micro controladores.
Sensor: DS18B20
Después de añadir al kit un sensor de temperatura (DS18B20) y un pequeño módulo de reloj en tiempo real (DS1302), sólo necesitaremos actualizar el firmware (se adjunta de forma gratuita) para ampliar las funcionalidades que ya le hicimos en la versión anterior. Este firmware permitirá la presentación de la Fecha y Hora, así como 15 imágenes diferentes (gráficos o textos). Uno de sus mensajes podrá reprogramarse a través del puerto serie, los otros 14 mensajes están almacenados en ROM, y podrán modificarse editando el archivo del firmware de forma muy simple.
Módulo RTC: DS1302
El montaje de estos dos sensores en el kit es muy sencillo. En el siguiente esquema podemos ver las conexiones que se deben realizar. El módulo RTC (DS1302) se puede montar de forma opcional; si no se instala, el Stick mostrará solamente la temperatura cuando esté seleccionada la presentación 1ª. En caso de que se instalen ambos sensores, se alternará la presentación de la hora y temperatura.
Equema: Reloj-Temperatura
IMPORTANTE: Para que aparezca la hora en el Stick, es imprescindible programar el módulo RTC, utilizando el software que se adjunta, o mediante la conexión de dicho módulo con el reloj de esfera rotante (ver la explicación en el video).
En los dos videos anteriores, podrás encontrar todos los detalles de funcionamiento y programación:
Utilizar el kit de reloj LED FC-209, como medidor de temperatura para fluidos. Para realizar esta modificación, sólo tenemos que sustituir el sensor de temperatura DS18B20 por otro del mismo tipo, pero con encapsulado en acero inoxidable. A pesar de que el nuevo sensor que instalemos sea del mismo modelo que el original, es muy posible que no funcione con el firmware que viene cargado al comprar el kit… y será necesario actualizarlo. Si cargamos la versión 5 del firmware (disponible en el blog), además de disponer de un termómetro para fluidos, también dispondremos de las funciones de reloj con cambio automático de hora, despertador, cronómetro y alarmas.
Sensor: DS18B20 (pineado)
Es muy importante no equivocarse al conectar el sensor de temperatura, porque si lo alimentamos al revés nos quedaremos sin sensor. Si no viene información técnica con la correspondencia entre los colores del cable y los pines de conexión del sensor, tendremos que averiguar su correspondencia haciendo medidas comparativas con otro sensor del mismo modelo.
La versión 5 del firmware, instalada en este montaje, puedes descargarla de forma gratuita desde el siguiente enlace:
Veremos la hora y temperatura en el kit Shake Stick Flash, de 16 LED por columna. El circuito original incluye el micro controlador AT89S52, y aunque ya viene programado con 4 imágenes diferentes, lo reprogramaremos para darle una mayor versatilidad. Este kit incluye un conector ISP (In-system programming), y esto facilita su uso como plataforma de desarrollo para realizar prácticas con este tipo de micro controladores.
A pesar de que el nuevo sensor que instalemos sea del mismo modelo que el original, es muy posible que no funcione con el firmware que viene cargado al comprar el kit… y será necesario actualizarlo. Si cargamos la versión 5 del firmware (disponible en el blog), además de disponer de un termómetro para fluidos, también dispondremos de las funciones de reloj con cambio automático de hora, despertador, cronómetro y alarmas.
