mayo 2016 - J

Stick LED programable #1

Stick de 16 LED Montaje del kit Shake Stick Flash, de 16 LED por columna. El circuito original incluye el micro controlador AT89S52, y ya viene programado con 4 imagenes diferentes. Lo interesante de este kit es que se incluye el conector ISP (In-system programming), y esto facilita su uso como plataforma de desarrollo para realizar prácticas con este tipo de micro controladores. Principios de funcionamiento del Stick LED (persistencia del ojo humano), descripción del esquema eléctrico, montaje y diseño de un nuevo firmware. Este firmware permitirá la presentación de 16 imagenes diferentes (gráficos o textos) y uno de sus mensajes podrá reprogramarse a través del puerto serie. Los otros 15 mensajes, almacenados en ROM, podrán modificarse editando el archivo del firmware de forma muy simple.

El principio de funcionamiento del Stick LED está basado en la persistencia que tiene el ojo humano. El ojo hace que cualquier imagen vista se grabe en la retina durante 100 mSeg. aproximadamente. Si desplazamos la columna del Stick con los 16 diodos LED encendidos a una velocidad inferior a 100 mSeg., nuestra retina apreciará una imagen continua y plana, con la forma del movimiento que hemos descrito. Si durante ese tiempo (<100 mSeg.) hacemos que los diodos LED se enciendan y apaguen con un intervalo de tiempo fijo, veremos el mismo arco luminoso, pero mostrando la mitad de las líneas verticales apagadas. Para mostrar gráficos o letras, sólo tendremos que codificar los puntos de cada columna y presentarlos en el intervalo de tiempo adecuado… y eso es lo que hará el micro controlador.

Este firmware se puede descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace: J_RPM_v1_STICK.HEX

Este kit incluye un portapilas para utilizarlo con dos baterías de tipo AAA. Esto supone que si utilizamos dos pilas de 1,5 V estaríamos alimentando el circuito con 3V. Aunque con esta tensión podría llegar a funcionar el micro controlador, estaría funcionando muy cerca del umbral mínimo… y dejaría de funcionar en cuanto las pilas estuvieran un poco descargadas. Además, la luminosidad que obtendríamos del Stick sería bastante baja. Para evitar estos problemas, la mejor solución es alimentar el circuito con una batería recargable, y añadir un circuito de carga con protección (TP4056) junto con otro circuito ‘Step UP’ que eleve y estabilice la tensión de salida hasta 5V.

En el esquema se muestra la numeración de los componentes, según aparece en la serigrafía del PCB (circuito impreso). Si queremos programar el micro controlador utilizando el conector ISP (In-system programming), es conveniente sustituir la resistencia del circuito Reset, original de 1K5, por otra de 10K.

Con el nuevo firmware que se adjunta, es posible mostrar 16 imágenes diferentes, 5 de ellas son dobles. Al final dispondremos de 4 imágenes dobles y 11 simples almacenadas en la memoria ROM, y otra imagen doble almacenada en la memoria RAM. Esta última podremos reprogramarla cuantas veces queramos, enviando los datos desde un PC o dispositivo móvil. Para ello tendremos que intercalar un interface (RS232, RS485, IR, Bluetooth, etc) y conectarlo a las líneas RX/TX del Stick (UART). Los textos de la memoria ROM también podremos sustituirlos, pero lo haremos con un editor hexadecimal, modificando los textos del firmware antes de programar el micro controlador.

Con el fin de mejorar la presentación de los mensajes más cortos, el micro controlador modificará los intervalos de tiempo en función del número de caracteres-columnas que tenga que presentar (ver la imagen anterior).

Reloj LED de pared

Partiendo del desarrollo del kit de reloj de esfera rotante FC-209, fabricaremos un reloj de mayor tamaño para poder colgarlo en la pared. Los pulsadores irán situados en el frontal de la esfera, y así podremos utilizarlo en modo cronómetro… muy útil para temporizar los ejercicios en un gimnasio, utilizarlo como temporizador en la cocina, etc. Este reloj dispondrá de las mismas funciones que tenía la última revisión del firmware (v5), pero en esta versión (v6) vamos a utilizar un cristal de cuarzo de frecuencia más alta (con el fin de mejorar la velocidad de refresco) y también sustituiremos la pila de botón por una pequeña batería recargable.

La recarga de esta batería será permanente, siempre que esté alimentado el reloj, y la controlará el propio chip de reloj DS1302.

La versión 6 del firmware, se puede descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace: J_RPM_v6_EC1204B.HEX

En este reloj, el display de 4 dígitos BCD lo construimos con diodos LED. Montaremos 2 diodos por cada segmento (se podrían montar más), de los 7 que se compone un dígito BCD. Al conectar 2 diodos en serie de alto brillo, necesitaremos una tensión de alimentación superior a los 5V que disponemos para alimentar el reloj. Con el fin de poder adaptar este circuito con cualquier configuración que utilicemos para construir los dígitos (número de diodos en serie por segmento), utilizaremos el módulo elevador de tensión MT3608.

La tensión de salida de este módulo la utilizaremos para alimentar los 4 dígitos del reloj. Mediante el potenciómetro de ajuste de tensión, podremos adaptar la tensión de alimentación y modificar el brillo de los 4 dígitos centrales.

En este esquema se muestran los componentes que irán instalados en la placa de circuito impreso. Tanto los diodos LED como sus resistencias limitadoras, irán instalados en una placa de plástico.

Con el fin de facilitar la realización del circuito impreso, no he utilizado un programa de diseño PCB, simplemente lo he dibujado utilizando el software ‘Paint’ que incorpora Windows en todos sus sistemas operativos. El circuito impreso de la imagen siguiente, está a escala DIN-A4. Puede imprimirse directamente en papel, o utilizar una lámina transparente (especial para impresoras láser) para conseguir un fotolito a escala.

Siguiendo el esquema de conexionado que se muestra en la imagen siguiente, podremos terminar el montaje. Como la tensión de alimentación de este reloj es de 5V, podremos utilizar cualquier cargador que tengamos para alimentar dispositivos móviles. El alimentador de 5V podría instalarse en el interior… o fuera con el fin de poder utilizar este reloj con baterías (Power Bank).

Montaje: Reloj 15x15 — Montaje: Reloj 15×15

El modo de funcionamiento y ajustes de este reloj (v6), es idéntico al que se mostró en la última versión del firmware (v5):

En la primera parte del video se muestra el diseño del reloj, la construcción del PCB y el montaje de todos los componentes:

En la segunda parte del video se muestra el proceso de fabricación de la carcasa, ensamblado y grabados con la CNC (fresadora de control numérico) de la carátula frontal:

Cronómetro LED #5 (FC-209)

Utilizando los mismos componentes del kit de reloj FC-209 (hardware), podemos convertir el reloj en un cronómetro de precisión… sólo tenemos que reprogramar el micro-controlador AT89S52. Si programamos en el cronómetro las funciones de cuenta hacia delante, cuenta atrás y auto-arranque, podríamos utilizar el cronómetro como marcador de tiempo en eventos deportivos.

Haciendo unas pequeñas modificaciones en el hardware, sería posible convertir este pequeño reloj en un marcador de gran tamaño, y utilizarlo en un recinto deportivo. Después de sopesar las posibles opciones, decidí incluir la funcionalidad del cronómetro dentro de la última versión del firmware (v4). De esta manera no será necesario sustituir el micro-controlador cuando queramos utilizar este kit de reloj (FC-209) como cronómetro. La versión 5 del firmware, se puede descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace: J_RPM_v5_EC1204B.HEX

Como este reloj sólo dispone de dos pulsadores para realizar maniobras, ya que el tercer pulsador es el del Reset del micro-controlador, es necesario definir cuál será su modo de funcionamiento (Reloj/Cronómetro) en la fase de arranque, y mantenerlo fijo hasta un nuevo reinicio. Como la función principal es la de Reloj-Temperatura, definimos este modo como ‘arranque por defecto’. Es decir, si no tocamos ningún pulsador en la fase de conexión, funcionará como Reloj-Temperatura. Para cambiar de modo reloj a cronómetro, realizaremos los siguientes pasos:

Pulsaremos el botón ‘RESET’
Cuando aparezca el mensaje rotante, mantendremos pulsado el botón ‘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.

Firmware Reloj #4 (Compatible FC-209)

La versión 4 del firmware es totalmente compatible con el kit de reloj FC-209 (EC1204B). El funcionamiento y prestaciones son las mismas que las de la versión 3, pero en este caso se ha deshabilitado el límite máximo de temperatura. Como el sensor DS18B20 podría mostrar temperaturas de hasta 125ºC, podríamos sustituir el sensor de temperatura interno –coloreado en amarillo– por otro prolongado y con encapsulado en acero inoxidable. Así sería posible utilizar este reloj como termómetro, para medir con precisión la temperatura de fluidos, calefactores, circuitos electrónicos, frigoríficos, etc.

La versión 4 del firmware, se puede descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace: J_RPM_v4_EC1204B.HEX

Al sustituir el sensor de temperatura de la placa por otro externo, podremos utilizar este reloj como termómetro para medir temperaturas ambientes y además objetos sólidos o líquidos, comprendidas entre -10 y +125ºC. Solo tenemos que fijar el modo de presentación Temperatura, mediante una breve pulsación del botón [PLUS]. Este reloj dispone de 3 modos de presentación:

Hora >>> [PLUS] >>> Tempertura >>> [PLUS] >>> Fecha+Temperatura

Las funcionalidades de la versión 4 son idénticas a la de la versión 3. A continuación se muestra un diagrama con la secuencia de programación de todos los parámetros, válido para ambas versiones.

Configuración del Reloj LED (v3) — Configuración del Reloj LED (v3-4)

Medir las revoluciones R.P.M. #2

Medidor RPM de alta resolución, mostrando la velocidad de giro de cualquier motor en un display LCD. El rango de medidas está comprendido entre 12 y 65.535 RPM. La construcción de este medidor se detalla en el documento anterior, ya que se utilizan los mismos componentes electrónicos. Comprobación de funcionamiento y medidas RPM, con diferentes motores y en ambos modos de funcionamiento (promediado y precisión).

El firmware de este medidor, lo puedes descargar desde el siguiente enlace: RPM_v101.HEX

Con esta nueva versión de firmware, es posible seleccionar dos modos de funcionamiento:

PROMEDIADO (puente cerrado):

El interruptor óptico, mediante el corte del haz luminoso, mide el tiempo de giro del motor con una resolución de 100 uSeg. El valor que muestra el display es la media de las dos últimas medidas de tiempo, después de convertirlas en revoluciones por minuto. La única operación que se debe realizar, es multiplicar el tiempo promediado de las dos últimas medidas por 60 segundos (mSeg x 60.000). Con este modo de funcionamiento se pueden leer cómodamente los valores RPM, porque los cambios se realizan con baja resolución.

PRECISIÓN (puente abierto):

Con este modo de funcionamiento es posible apreciar la estabilidad de rotación de los motores, sobre todo los que funcionan a un alto régimen de revoluciones. El valor que se muestra en la pantalla se calcula en función de la resolución máxima que permita el micro-procesador. En este caso, al utilizar un cristal de cuarzo de 22,1184 MHz, la temporización mínima es aproximadamente 0,588 uSeg. Utilizando esta resolución, la precisión de la medida hasta 10.000 RPM será mejor de 1 RPM. Con altas revoluciones de giro, veremos cambiar los valores más bajos con mayor o menor velocidad, dependiendo de la estabilidad de giro del motor. La velocidad de refresco del display no depende de la velocidad de giro del motor, está fijada a 4 veces por segundo (250 mSeg).