Plata Coloidal, PCB y Firmware

Actualización del firmware del generador de Plata Coloidal y diseño de su PCB. En la nueva versión del firmware (v1.3), el generador sigue midiendo la conductividad del agua al principio para calcular el tiempo de la electrolisis, pero cada 5 minutos realiza una nueva medida para corregir de forma automática el tiempo restante, en función del nuevo valor TDS que haya medido. Este reajuste también se puede hacer en modo manual en cualquier momento, mediante el pulsador. Aprovechando que este generador mide la conductividad del agua, ahora incluye una tabla con los valores TDS del agua y puede mostrar su valor en el display.

Generador de Plata Coloidal con Arduino

Para ensamblar los componentes  electrónicos del Generador de Plata Colidal que monté hace unas semanas, utilicé 2 PCBs de tipo universal. Realicé todas las conexiones por debajo, estañando hilos y siguiendo el esquema del montaje.  Como entiendo que esto muy laborioso para gente que no acostumbra a utilizar el soldador, he diseñado un PCB con el fin de facilitar su construcción y mejorar su acabado final. Y de paso, también le he dedicado un poco más de tiempo al firmware para mejorar sus prestaciones.

PCBs del Generador de Plata Coloidal

Nuevo firmware (v1.3)

En la versión anterior (v1.2), el generador realizaba una medida de la conductividad del agua al iniciar el proceso, con el fin de ajustar el tiempo total de la electrolisis en función de las PPM de la Plata Coloidal que queramos obtener.

Esquema del diseño: Generador de Plata Coloidal

Como pudimos comprobar en artículo anterior, la conductividad del agua aumentaba con la temperatura. Además, el valor TDS del agua también iba subiendo durante la electrolisis. Así la conductividad del agua irá subiendo durante la electrolisis, pero al mismo tiempo también irá bajando si hemos calentado el agua al empezar, hasta alcanzar la temperatura ambiente.

Aunque no es tan importante conseguir la medida exacta de las PPM en la Plata Coloidal, es muy sencillo corregir este problema. En la nueva versión del firmware (v1.3), el generador sigue midiendo la conductividad del agua al principio para calcular el tiempo de la electrolisis, pero cada 5 minutos realiza una nueva medida para corregir de forma automática  el tiempo restante, en función del nuevo valor TDS que haya medido. Este reajuste también se puede hacer en modo manual en cualquier momento, mediante el pulsador. Esto sería útil si se interrumpiera el proceso de la electrolisis, con el fin de remover el contenido o limpiar los electrodos, porque en estos casos suele variar ligeramente la conductividad del agua.

Aprovechando que este generador mide la conductividad del agua, he añadido en el firmware una tabla  con los valores TDS para poder mostrarlos en el display. Así no sería necesario comprar un medidor TDS, y podremos comprobar siempre la calidad del agua que vayamos a utilizar. Hay que tener en cuenta que esta medida TDS sólo es válida si se respetan todas las características de este montaje: el tipo de electrodos, separación entre ellos y su circuito limitador de corriente.

El rango de medidas TDS que permite mostrar este generador no es muy amplio, porque su circuito limitador de corriente interfiere en la medida comprimiendo su escala. De todas formas tiene una buena resolución con valores bajos del TDS,  entre 0 y 16ppm.

Ahora también, durante el proceso de la electrolisis, cada 30 segundos el generador mide el valor TDS del agua y lo muestra en la línea superior del display. Esta medida se alterna con el valor PPM actual de la Plata Coloidal.

Fuente de alimentación

Durante el montaje del primer generador me encontré con un problema en la alimentación, porque al conectar el relé que alimenta el circuito Step-Up se producía un pico de consumo, y en algunas ocasiones se bloqueaba o reiniciaba el micro controlador. Este problema se solucionó cuando monté 2 condensadores de 1000uF en la línea de alimentación de 5V. Lo extraño, es que se sigue apreciando una pequeña fluctuación en la iluminación del display cuando se conecta el relé.

Para salir de dudas, antes de elegir la fuente de alimentación a montar en el nuevo PCB, hice algunas medidas de consumo con el osciloscopio.

Medida de consumos con dos fuentes de alimentación conmutadas

Para obtener una gráfica de corriente al alimentar el relé y el circuito Step-Up a la vez, puse una resistencia de 0,8  Ohmios en serie con la alimentación de 5V.

Las puntas del osciloscopio del canal 1 las puse en la salida de la fuente de alimentación que estaba midiendo, con el fin de comprobar el comportamiento de cada fuente, con carga y sin carga. Y las puntas del canal 2 del osciloscopio las puse en paralelo con la resistencia de 0,8 ohmios.

Para obtener el valor de la corriente, sólo hay que dividir la tensión que muestre el osciloscopio entre el valor de la resistencia.

Si observamos las gráficas de corriente:

  • Con la fuente antigua se produce un pico de corriente de 1,67A de muy corta duración, pero suficiente para que la fuente de alimentación pudiese cortar su salida, ya que esta fuente es de 700mA. Después consume 288mA durante 81mS, el tiempo que tarda el módulo Step-Up en cargar sus condensadores y estabilizar la tensión de salida. El consumo en funcionamiento del relé y el módulo Step-Up, alimentados con la fuente de 5V es de 116mA.
  • Con la fuente pequeña, que es la versión moderna y también de 700mA según el fabricante, la gráfica de corriente es muy parecida. El pico de arranque es de 1,1A (también de muy corta duración) baja a 250mA y se mantiene durante 97mS, tiempo muy parecido al de la otra fuente, luego baja la corriente a 118 mA. que sería la corriente de funcionamiento con la fuente cargada.

Si comparamos ahora lo que ha sucedido con la tensión en ambas fuentes al conectar la carga:

  • Con la fuente antigua la tensión cae desde 5,1V hasta 4,49V y con la nueva desde 4,9V hasta 3,7V. Cuando se estabiliza el consumo, la caída de tensión de la fuente antigua es de 50mV, y si lo dividimos por el consumo de 116mA -> Ri =  0,43 Ohm.
  • Con la fuente nueva, la caída de tensión es de 120mV, y si lo dividimos por el consumo de 118mA -> Ri = 1 Ohm.

Lo que también se aprecia, es que la nueva versión de la fuente filtra mucho más las frecuencias transitorias que se montan sobre la tensión continua, pero a cambio su tensión de salida es menos estable.   

Teniendo en cuenta que el transformador de la fuente de alimentación nueva es más pequeño que el de la antigua, no parece muy lógico que ambas fuentes sean de 3,5W.

Test con el nuevo PCB

Durante las pruebas iniciales que hice en este nuevo montaje, se volvió a repetir el mismo problema que tuve en el montaje anterior. Al cerrarse relé, en algunas ocasiones se reiniciaba el ATMega328P. Como lo único que cambia con respecto al montaje anterior es el PCB, lo primero que hice es revisar las vías de alimentación y sus desacoplos.

Red +5V en el PCB

En el diseño de este PCB coloqué los dos condensadores de 1000uF separados en dos zonas, uno a la salida de la fuente de alimentación y el otro en las proximidades del relé, porque son los dos puntos de mayor consumo de todo el circuito.  Así la poca resistencia de la línea de positivo que une ambos condensadores, junto con ellos, forman un filtro PI. A continuación del segundo condensador de 1000uF está la vía que alimenta el display, el transistor de control del relé, el circuito Reset y la alimentación del ATMega328P.

El condensador de desacoplo de 100nF del ATMega328P lo puse al final de la red de +5V del PCB, para suprimir cualquier posible inducción entre el segundo condensador electrolítico y el final de la red de +5V. Lo único que cambia con respecto al montaje anterior, es que los dos condensadores electrolíticos de 1000uF están muy cerca del ATMega328P, y además sus conexiones las hice con hilo y estaño, y su sección es mucho mayor que la vía de este circuito impreso.

Medida VCC en ATmega328P

Aunque ya había hecho las pruebas del comportamiento de la fuente de alimentación, me faltaba por comprobar qué sucede con la tensión que le llega al ATMega328P en el PCB, con los dos condensadores de 1000uF conectados y todo funcionando.

Pico de consumo

Al medir con el osciloscopio me encontré con algo que no esperaba. El pico de consumo tan alto que se produce al alimentar el circuito Step-Up, descarga los condensadores y provoca que la tensión baje hasta 2,93V durante 27,4mS., hasta que se recupera la fuente y se vuelven a cargar los condensadores. Como el umbral de indecisión del microcontrolador está en el 50% de su tensión de alimentación, 2,93V están muy próximos al punto donde actúa el circuito reset del ATMega328P.

En estos casos el problema se debería resolver donde se produce, y se debería sustituir la fuente de alimentación por otra que soportara mejor los picos de consumo. Este es el problema de la fuentes de alimentación conmutadas, que se protegen y provocan cortes a su salida.

Como el pico de caída de tensión cambiaría muy poco aunque se aumentase la capacidad de los condensadores electrolíticos, colocando un condensador de 10uF entre los pines 7 y 8 del ATMega328P, se evita que entre cualquier pico transitorio y se reinicie, porque al estar alimentado con 5V no debería reiniciarse hasta que bajara su tensión a 2,5V.

Piezas 3D

La base de la caja ahora está hecha con una sola pieza, porque la serigrafía inferior apenas se daña con los soportes de impresión 3D, y así se simplifica el montaje.

Con el fin de facilitar la inserción y ajuste de los soportes de los electrodos en la base de la caja, he diseñado otra pieza 3D. Es una guía para alinear correctamente los electrodos, y mantener su inclinación de 5º durante el montaje.  Después también servirá para proteger los electrodos cuando no se use el generador, y no será necesario desmontar siempre los electrodos  después de cada uso.

Pieza guía 3D para los electrodos del generador

El diseño de las piezas 3D que necesitas para fabricar la caja y el soporte de este montaje, las puedes descargar de forma gratuita desde el siguiente link:

https://www.thingiverse.com/thing:6403044

¿Dónde fabricar el PCB?

Actualmente hay muchas empresas que se dedican a fabricar circuitos impresos, pero no en todas podemos conseguir pequeñas tiradas a buen precio. Por suerte, ahora disponemos de Internet y es mucho más fácil que antes. Podemos buscar empresas en cualquier parte del mundo, y es más fácil encontrar un fabricante que haga nuestros prototipos (PCB) a buen precio. Una de las empresas más grandes del sector es PCBWay.

Logo: PCBWay

 

PCBs del Generador de Plata Coloidal

Los dos PCBs que he utilizado en este montaje, los puedes conseguir a través de los siguientes enlaces:

Colloidal Silver Generator

Adapter for 2×16 LCD

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