Hace casi dos años hice un transmisor de DCF77 con un módulo ESP32, y lo acoplé dentro de otro transmisor que había hecho con anterioridad con Arduino. Ahora voy a montar otra versión del mismo transmisor DCF77, reduciendo al mínimo su tamaño y sin eliminar sus prestaciones.
En la versión 2 del transmisor DCF77 con ESP32, he quitado el segundo controlador de Arduino, ya que sólo servía para complementar la información que muestra el display OLED. Pero he utilizado un trozo del PCB de ese transmisor, el que contiene los componentes del amplificador, y mediante 3 hilos lo he conectado con el módulo ESP32: los 2 hilos de alimentación y el hilo de salida DCF77 ya modulado. La salida de los impulsos DCF77 no se utiliza, pero se puede utilizar para hacer medidas.
Para comprobar que se está transmitiendo la señal por el amplificador, he montado un LED SMD en serie con una resistencia limitadora, en paralelo con el condensador de 1nF del circuito resonante de salida, la antena transmisora. La resistencia limitadora del LED la he puesto bastante alta, de 3k9, con el fin de que no se reduzca el nivel de RF radiado.
Nivel de salida DCF77
Con el fin de comprobar el correcto funcionamiento del amplificador de salida, y medir el nivel de tensión pico a pico de la portadora DCF77 (77,5 kHz), he conectado las puntas del osciloscopio en paralelo con la bobina del amplificador (antena). La punta de referencia del osciloscopio (GND) la he conectado a la toma de la bobina que va conectada a la alimentación de +5V, ya que para la señal de RF el +5 es lo mismo que el GND. Así en las medidas del osciloscopio, la referencia GND que muestre se corresponderá con la tensión +5 del amplificador.
El osciloscopio debería funcionar con batería, o estar aislado de la tensión de la red eléctrica
Analizando la gráfica que muestra el osciloscopio, la amplitud de la señal DCF77 ocupa 3 cuadros X 5V = 15Vpp. Se puede observar que desde el punto de referencia del osciloscopio (1→ de la izquierda) hacia abajo hay un cuadro = 5V, justo la tensión a la que está alimentado el amplificador. Al estar funcionando el amplificador en Clase C (se polariza con la señal de RF) el transistor deja de conducir cada segundo durante 100 o 200ms, dependiendo si se transmite un CERO o UNO lógico. En la imagen se muestran dos segundos consecutivos (10 divisiones de 200ms), con dos intervalos sin portadora de 100ms = dos ceros lógicos. La medida que muestra a la derecha la pantalla del osciloscopio de 10V, es la tensión ‘extra’ que produce la bobina de 4mH junto con el condensador de 1nF al estar en resonancia a la frecuencia de 77,5 kHz.
El archivo que necesitas para programar el ESP32, lo puedes descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace: DFC77_ESP32_JR.rar
Caja 3D (ESP32+Display)
El fichero .stl que necesitas para fabricar esta caja, lo puedes descargar desde el siguiente enlace: DCF77 transmitter with ESP32 (v2)
¿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.
En la actualidad la iluminación LED es la tecnología más eficiente, y además sus precios han bajado notablemente. Ahora se puede comprar un tubo LED de 16W, equivalente a un tubo fluorescente de 36W, por 6€ aproximadamente. Con este cambio el consumo eléctrico se reducirá en más del 50%, se eliminará el parpadeo de 100 Hz (doble de la frecuencia de red) que producen los tubos fluorescentes, y además su encendido será inmediato. También se evitará el riesgo de que se rompa el tubo cuando está encendido, y se contamine el aire con el vapor de mercurio de su interior. También he modificado el haz luminoso del tubo LED, ya que los tubos fluorescentes iluminan los 360 grados y los LED sólo 180.
El objetivo es iluminar un poco el techo, y reforzar el haz luminoso en la vertical del tubo con una luz blanco día, dejando el resto de la estancia iluminada con luz más cálida (4000K). Para conseguir esto, he montado 2 barras LED recuperadas del Backlight de un TV LED averiado.
Los tubos LED se pueden clasificar en dos tipos, dependiendo de su conexión con la red eléctrica. Cualquier tubo LED podría conectarse a un soporte de tubo fluorescente sin tener que abrir la carcasa para modificar el cableado, pero su adaptación varía dependiendo del tubo LED que se vaya a montar. A pesar de que los tubos LED muestren un terminal con la letra F (Fase) y el otro con la letra N (Neutro), no importa si se cambia la polaridad. Si se decide abrir el soporte del tubo fluorescente para eliminar la reactancia y el cebador, es conveniente mantener el código de colores del cableado, utilizando siempre el color azul para el Neutro y nunca para la Fase.
REACTANCIA: No es imprescindible eliminar la reactancia. La reactancia (bobina) produce una componente reactiva +j, y compensa el coeficiente reactivo -j que producen los driver de corriente constante que alimentan los LED del tubo, reduciendo así la potencia reactiva consumida y como consecuencia la corriente que circula por los cables.
CEBADOR: Dependiendo del tipo de tubo LED, habrá que eliminar o sustituir el cebador.
1 – Alimentación por ambos laterales del tubo
Para conectar este tipo de tubo LED al soporte de un tubo fluorescente, es necesario desconectar el cebador. Con la reactancia y sin cebador, ya se encendería el tubo LED. Si se quisiera eliminar la reactancia y rehacer el cableado:
Abrir la carcasa del tubo y desconectar todo: cableado, reactancia, cebador y el condensador de compensación de energía reactiva (si lo tiene).
Unir los dos contactos de conexión, en ambos casquillos del lateral y conectar un cable en cada extremo.
Conectar ambos cables a la alimentación de la red eléctrica, Fase y Neutro. No es necesario respetar la polaridad de los cables.
2 – Alimentación por un solo lateral
Estos tubos LED son muy fáciles de sustituir, siempre que se siga el proceso que indican los fabricantes, y sin hacer caso a algunos tutoriales que se publican en Internet. Los tubos LED que llevan las dos conexiones en un lateral incluyen un cebador, que en realidad es un fusible. El proceso de sustitución es muy rápido y sencillo, porque no es necesario desmontar la carcasa.
Desconectar el tubo fluorescente y el cebador.
Conectar el cebador LED (fusible) y el tubo LED, sin importar la polaridad
En caso de necesidad se podría montar de nuevo un tubo fluorescente, sustituyendo el cebador LED (fusible), por un cebador convencional
Características de los tubos LED
La ventajas principales de un tubo LED frente a un tubo fluorescente son las siguientes:
Ahorro del consumo eléctrico >50%
Encendido inmediato, sin parpadeo
Se evita el efecto estroboscópico de los tubos fluorescentes (100 Hz)
Tiempo de vida muy superior al de un tubo fluorescente
Se evita el riesgo de respirar vapor de mercurio, en caso de rotura del tubo
El único inconveniente de los tubos LED es que su haz de luz es de 180º, en lugar de los 360 de los tubos fluorescentes. Los tubos LED suelen llevar una marca a lo largo del tubo, normalmente una línea blanca, indicando la zona donde no iluminan. La única precaución que hay que tomar a la hora de colocar un tubo LED, es girarlo en el sentido que queda la línea blanca orientada hacia el techo.
Modificar el haz luminoso de un tubo LED
Al sutituir el tubo fluorescente por otro LED, el techo quedará muy apagado. Con el fin de ampliar el haz de luz del tubo LED hacia el techo y modificar la temperatura de color por zonas, he montado en los laterales del soporte dos barras LED, recuperadas del Backlight de un TV LED averiado. Cada barra contine 9 LED SMD blanco día, con un lente difusor muy eficiente y direccional en la zona vertical.
Las dos barras LED las he pegado con cinta adhesiva de doble cara, en los laterales largos del soporte de chapa. Los cables de alimentación entran por el agujero donde estaba alojado el cebador del tubo fluorescente, y se conectan en paralelo al driver LED de corriente constante que he ajustado a 220mA (2x 110mA). El driver de corriente constante lo montado dentro del soporte, donde estaba alojada la reactancia del tubo fluorescente.
Driver de corriente constante
Los LED utilizados en iluminación deberían estar alimentados con fuentes de corriente constante. De otra manera, las fluctuaciones de tensión en el suministro podrían ocasionar bajos rendimientos lumínicos cuando cae la tensión, o averías prematuras cuando se producen picos de sobretensión.
La corriente de funcionamiento de los driver no es ajustable, viene prefijada de fábrica y hay que elegirla en función de la corriente de trabajo y el número de LED en serie que se utilicen. En este caso, he comprobado que las barras LED que voy a montar iluminan muy bien con una corriente de 110 mA, y además no se calientan nada. Como es lógico, si los LED los hacemos funcionar por debajo de su corriente mínima aconsejable, se calentarán menos y aumentará su vida útil.
Aunque la corriente de trabajo de un driver de corriente constante no tenga ajuste, se puede modificar sustituyendo el valor de alguno de sus componentes. Casi siempre, el ajuste de corriente lo determina el valor de una resistencia. En el driver que he utilizado, la modificación consiste en sustituir la resistencia Rs1 de 0,62 Ohmios (SMD), por otra de 0,89 Ohmios que he hecho a medida con hilo de Nicrom. Como las dos barras LED son idénticas y las voy a conectar en paralelo, la corriente del driver LED la he ajustado al doble (220 mA).
Tubo LED con reactancia y sin ella
Aunque los tubos LED no necesitan una reactancia (balasto) para funcionar, cuando vamos a sustituir un tubo fluorescente por LED, tenemos la opción de dejar la reactancia o quitarla. Para comparar el comportamiento de un tubo LED con reactancia y sin ella, hice unas medidas.
Como podemos comprobar en las medidas, la corriente que circula por los cables es mayor sin la reactancia, porque su inductancia estaba compensando la reactiva C que producen todas las fuentes conmutadas, en este caso el driver de corriente constante que alimenta el tubo LED.
La reactancia del tubo fluorescente corrige en parte la energía reactiva de un tubo LED, reduciendo la corriente que circula por los cables.
Destellos de los LED con la luz apagada
Al sustituir las bombillas de filamento o fluorescentes por otras de tipo LED, debido al bajo consumo de los LED, en algunas ocasiones con el interruptor abierto (luz apagada) se producen destellos de luz de forma cíclica. Este efecto se produce por una pequeña fuga de corriente de la instalación hacia la lámpara LED. Esta fuga se origina casi siempre en los interruptores de encendido, ya sea por estar defectuosos (falta de aislamiento) o porque incluyen algún tipo de iluminación en su mecanismo. Si el interruptor tiene algún tipo de iluminación, la solución más rápida sería sustituir el interruptor por otro sin luz. También se podría poner una carga resistiva en la conexión de red de la bombilla LED, por ejemplo una bombilla de filamento de pequeño tamaño y potencia. Al aumentar la carga a la salida del interruptor, la corriente de fuga del interruptor se repartiría entre la bombilla y el driver LED; y esa corriente ya no sería suficiente para que la fuente de alimentación del driver LED consiguiera alimentar a su circuito PWM.
¿Necesitas fabricar un PCB?
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Ahora también puedes encargar trabajos 3D, mecanizados con CNC y fabricación de cajas metálicas o de plástico inyectado.
Construcción de un brazalete LED con batería recargable, de larga duración. El brazalete está construido con PLA y es impermeable; se puede utilizar como peatón o ciclista, pero también sería muy útil llevarlo en el coche para utilizarlo como baliza en caso de avería.
Los ciclistas, patinadores o cualquier persona que circule de noche cerca de una carretera deberían hacerse ver. Es obligatorio llevar un elemento luminoso o retrorreflectante, como brazaletes, cinturones o linternas, para hacerse visibles a una distancia de por lo menos 150 metros.
Módulo de control LED
El control de encendido de los 6 LED de este brazalete es muy barato. He comprado un lote de 10 placas por menos de 3 dólares. Este controlador enciende los 6 LED de uno en uno de forma secuencial, no es necesario intercalar resistencia limitadoras a los LED, y funciona entre 3 y 4,5 voltios… haciéndolos así muy aconsejables para ser utilizados con baterías Li-ion de 3,7V. Hay que tener cuidado con el esquema que indica el vendedor en su web, porque los 6 LED están pintados al revés. Son los cátodos los que van conectados a las 6 salidas del PCB, como se indica en la imagen siguiente:
Esquema de montaje
Este brazalete es muy sencillo montarlo, y se compone de dos partes. Por una parte esté el módulo de control y los 6 LED, y por otra la alimentación. Para alimentar el brazalete podría haber utilizado dos o tres pilas de 1,5 voltios en serie, pero he preferido alimentarlo con una bateria de litio recargable.
Así el módulo de alimentación se compone de una batería 3,7V, el módulo de carga TP4056 con protección y el interruptor de encendido.
Descarga de las piezas 3D
Este diseño consta de 3 piezas, impresas en 3D con PLA de color blanco. El brazalete tiene 6 caras para dirigir la luz LED hacia todos los ángulos. El ajuste del brazalete con el brazo está bien para el tamaño medio de un adulto. En caso de que fuera necesario, aplicando calor al PLA -con cuidado si ya se ha montado la electrónica- se podría cerrar o abrir ligeramente el diámetro del brazalete.
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Construcción de un plato giratorio, con un motor paso a paso unipolar de 5 hilos 28BYJ-48. Los platos giratorios se utilizan desde hace mucho tiempo en los escaparates como expositores, sobretodo en tiendas de relojes y joyerías. En mi caso, lo voy a utilizar para grabar algunas escenas de montajes electrónicos. Este plato puede girar en ambos sentidos con gran precisión, y a una velocidad configurable a elegir entre uno de sus 6 preset. El controlador del motor está hecho con un microcontrolador Atmega328P (Arduino). Aprovechando la gran precisión de giro de los motores paso a paso, este plato giratorio se podría utilizar como temporizador cíclico, montando levas en el plato para accionar uno o varios pulsadores.
Motores Paso a Paso
Un motor paso a paso convierte los impulsos eléctricos que recibe en sus bobinas, en movimiento de rotación, y se considera como un motor de corriente continua sin escobillas.
Un motor paso a paso funciona con tensión continua, y puede ser de casi cualquier tamaño y par. Cuando se le aplica energía en alguno de sus bobinados, da un «paso» en lugar de girar constantemente. Cada paso provoca una rotación con un ángulo especificado por el fabricante del motor, ya que depende del número de polos del motor y su demultiplicación interna.
Un motor paso a paso se comporta como un conversor Digital-Analógico (D/A), convirtiendo los impulsos digitales de tensión que recibe en giros analógicos de gran precisión. Estos motores se utilizan en cualquier dispositivo electrónico que requiera mover objetos con gran precisión: impresoras convencionales y 3D, escáner, plotter, fresadoras CNC, grabadores láser, etc.
Stepper motor 28BYJ-48
Model ： 28BYJ-48
Rated voltage ： 5VDC
Number of Phase ： 4
Speed Variation Ratio ： 1/64
Stepper Motor 5V 4-Phase 5-Wire & ULN2003 Driver Board
Stride Angle ： 5.625° /64
Frequency : 100Hz
DC resistance ： 50Ω±7% (25℃)
Idle In-traction Frequency : > 600Hz
Idle Out-traction Frequency : > 1000Hz
In-traction Torque >34.3mN.m (120Hz)
Self-positioning Torque >34.3mN.m
Friction torque : 600-1200 gf.cm
Pull in torque : 300 gf.cm
Insulated resistance >10MΩ (500V)
Insulated electricity power ：600VAC/1mA/1s
Insulation grade ：A
Rise in Temperature <40K (120Hz)
Noise <35dB (120Hz, No load, 10cm)
Control del plato giratorio
Para controlar los ángulos de giro y velocidad de un motor paso a paso, es necesario saber como mínimo el número de pasos por vuelta del motor, su tensión de alimentación y la frecuencia máxima de funcionamiento.
El motor 28BYJ-48 hace un giro completo cada 64 pasos, pero incluye una reducción de 1/64 . Como resultado tenemos 64×64 = 4096 pasos por vuelta. Como el motor se acopla al plato mediante un piñón y una corona de relación 1/7, los cálculos de giro los tendremos que calcular en función de 4096×7 = 28972 pasos por vuelta.
Al tratarse de un motor de 4 fases, es posible controlarlo en ciclos de 4 pasos. Aunque se pierda un poco de PAR, los fabricantes aconsejan hacer funcionar el motor en modo “Half Step Drive” (medio paso), haciendo los saltos menos bruscos y reduciendo su consumo.
Secuencia de 8 pasos, para mover el motor 28BYJ-48 en Half Step Drive:
Construcción del Plato giratorio
Para la construcción de este plato giratorio he utilizado el motor paso a paso unipolar de 5 hilos 28BYJ-4. Este motor junto con su driver de control, se puede conseguir por Internet por menos de 5 Euros. Al tratarse de un motor unipolar, no es necesario utilizar un driver del tipo Puente H, necesario para controlar los motores bipolares de 4 hilos.
El driver de este motor es muy sencillo, sólo necesita 4 transistores en montaje Open-Collector para suministrar la corriente necesaria a las bobinas del motor. El driver que se incluye con este motor utiliza 4 entradas-salidas del circuito integrado ULN2003, de las 7 que incluye el chip. También lleva 4 indicadores LED para señalizar cuando se está alimentado cada una de las 4 bobinas del motor.
El controlador del motor lo he montado aprovechando el PCB del Shield del programador ISP de Arduino UNO que hice hace unos años.
Sólo es necesario cortar una pista del circuito impreso, y unir 11 pines del ATmega328P con su puntos de conexión correspondiente, como si se tratase de un Arduino UNO.
En el esquema de montaje se muestran todos los puentes que hay que hacer en color rojo, así como los componentes que hay que montar, resaltados en color verde. Para alimentar todo el circuito, he utilizado una pequeña fuente conmutada de 230VAC-5VDC de 500 mA.
Actualmente hay muchas empresas que se dedican a fabricar circuitos impresos (PCB), pero no en todas podemos conseguir pequeñas tiradas a buen precio. Por suerte, ahora disponemos de Internet y es mucho más fácil que antes. Podemos buscar empresas en cualquier parte del mundo, y es más fácil encontrar un fabricante que haga nuestros prototipos (PCB) a buen precio. Una de las empresas más grandes del sector es PCBWay.
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Se trata de un monitor de video SAMSUNG, modelo 223BW, de 21,6 pulgadas, formato 16:10 y resolución 1680×1050.
Síntomas de la avería
Cuando se conecta la alimentación aparece la imagen en la pantalla, y a los pocos segundos se apaga. Aunque se espere un rato, el monitor ya no enciende, pero el pulsador de encendido permanece iluminado. Si se apaga y enciende accionando el pulsador, al cabo de varios intentos ya funciona. Otro detalle a tener en cuenta, es que se escucha un pitido de alta frecuencia cuando se enciende la pantalla.
Teniendo en cuenta estos síntomas, es muy fácil que esta avería la esté provocondo la fuente de alimentación. El silbido que se escucha cuando se enciende el monitor lo podrían estar produciendo los transformadores de ferrita, debido a una falta de filtrado en la tensión continua que alimenta a sus transistores de potencia (circuito PWM de la fuente conmutada). Lo más probable es que tenga alguno o varios condensadores electrolíticos en mal estado, ya que este fallo es muy común en las fuentes conmutadas.
Reparación
Se desmonta el monitor, para acceder al módulo que incluye la fuente de alimentación. Nada más dar la vuelta al PCB, se observan varios condensadores electrolíticos reventados.
Se desmontan todos los condensadores visualmente defectuosos, y se comprueban los demás en el mismo PCB, con la ayuda de un medidor ESR.
IMPORTANTE: Descargar los condensadores electrolíticos antes de medirlos
Todos los condensadores electrolíticos defectuosos se tienen que sustituir por otros que tengan la misma capacidad y tensión, como mínimo. Es importante utilizar condensadores electrolíticos de baja resistencia serie (ESR), especialmente diseñados para trabajar en fuentes conmutadas. No es lo mismo absorber picos de tensión 100 veces por segundo (fuente de alimentación convencional), que hacerlo casi mil veces más rápido (fuente conmutada).
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.
Ahora también puedes encargar trabajos 3D, mecanizados con CNC y fabricación de cajas metálicas o de plástico inyectado.
