Reparación de un foco LED para buceo, alimentado con 4 baterías tipo 18650 de Li-Ion (3,7V) 3000mAh. Este foco tiene dos pulsadores, uno de ellos para iluminar en color rojo o azul, y el otro para la luz blanca. La luz blanca es de gran potencia, y permite utilizar 3 niveles diferentes de brillo: alto (12,6W), medio (6,5W) y bajo (4,2W). La luz roja puede funcionar en modo continuo o intermitente y su potencia es 4,7W. La luz azul es fija, y tiene una potencia 2,2W.
Análisis del circuito
Este foco LED dispone de dos pulsadores, uno para controlar el encendido de luz roja y azul, y el otro para la luz blanca. El control de todo el circuito se realiza a través de un circuito integrado, cuya referencia está borrada, pero podría ser un micro controlador.
El driver de potencia para el encendido de los LED consiste en 4 transistores Mosfet de canal P.
ROJO: Con 2 transistores MOSFET canal P de 2,5A (A19T)
AZUL: Con 1 transistor MOSFET canal P de 2,5A (A19T)
BLANCO: Con 1 transistor MOSFET canal P de 50A (CMD50P03)
Avería
Esta linterna tenía cortados los dos hilos del pulsador de encendido de la luz blanca. Después de soldarlos y comprobar que todo funcionaba correctamente, cerré la carcasa, pero la linterna seguía fallando de vez en cuando. Al desmontar la linterna de nuevo, comprobé que el cableado que controla el encendido de la luz blanca fallaba, dependiendo de la posición del cableado. La solución fue sustituir la cinta de conexión de 5 hilos del pulsador que controla el encendido de los LED blancos.
Al final comprobé que también estaban abiertas las dos resistencias limitadoras de los LED de los pulsadores. Son dos resistencias SMD de 1K, las cuales sustituí por otras de 910 Ohmios al no tener repuestos de 1K.
¿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.
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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:
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.
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.
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.
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.
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
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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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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)
El fichero .stl que necesitas para fabricar esta soporte, lo puedes descargar desde el siguiente enlace: DCF77 transmitter with ESP32
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Funcionamiento y usos de las cargas electrónicas, destinadas a comprobar los sistemas de alimentación cuando entregan su máxima potencia, ya sean conectados a la red eléctrica como a baterías. Las resistencias de carga permiten comprobar la corriente máxima que soporta un cargador de baterías, medir el rizado y ruido de una fuente de alimentación a plena carga, comprobar la capacidad real de baterías y pilas, etc. Se realizan pruebas y medidas con tres resistencias de carga diferentes, una resistencia de carga convencional, otra electrónica de construcción casera… y la última también electrónica, de 150W controlada por microprocesador.
Diferentes usos de las resistencias de carga
En un taller de electrónica, ya sea de tipo profesional o aficionado, son muy útiles las resistencias de carga. Las resistencias de carga permiten comprobar y ajustar equipos de RF, sin tener que montar una antena y radiar frecuencias no permitidas.
Pero no sólo son útiles este tipo de resistencias de carga, en este caso me voy a centrar en las resistencias de carga que se utilizan para simular consumos en sistemas de alimentación y comprobar su correcto funcionamiento, o su autonomía si se trata de un sistema de alimentación con baterías.
Cargas electrónicas de corriente constante
Cuando la resistencia de carga se va a utiliza para comprobar sistemas de alimentación, ya es posible incluir circuitos de control por ancho de impulso (PWM) o analógicos, con el fin de mantener una corriente de descarga constante en baterías, sin importar que se vaya reduciendo su tensión con el tiempo.
Así se podrá medir la capacidad real de una batería o pila, fijando un valor fijo de corriente de descarga, con tan sólo cronometrar el tiempo que ha tardado en alcanzar su tensión mínima (batería descargada). La capacidad de una batería es un parámetro muy importante, y los fabricantes rotulan su valor en Amperios/hora (Ah) o miliamperios/hora (mAh), dependiendo de la capacidad y tipo de batería.
Hace tiempo medí la capacidad real de una serie de baterías nuevas, con el fin de comprobar la tolerancia que existía con el valor que declaraba el fabricante. Ya suponía que siendo unas baterías de origen chino, su capacidad real podría ser mucho más baja del valor que indicaban en la cubierta. Lo que no me imaginaba es que esa diferencia pudiera ser tan grande…
Para hacer estas medidas construí una carga electrónica de corriente constante, que permite funcionar con tensiones que varíen entre 1 y 60 voltios, manteniendo la corriente constante al valor que se fije mediante sus dos potenciómetros de ajuste. En el diseño, la corriente máxima la limité a 3A, porque la disipación que le puse no era muy buena, a pesar de que el transistor que monté podría soportar hasta 15 amperios.
Si estás interesado en conocer el funcionamiento de una carga electrónica de corriente constante, o quieres conocer más detalles para fabricarte una con muy pocos componentes, lee el siguiente artículo:
Actualmente se pueden encontrar a la venta multitud de cargas electrónicas de corriente constante, a un precio muy asequible (<20€). En realidad no merece la pena comprar los componentes para montar una carga electrónica, cuando se pueden conseguir ya montadas a un precio inferior al que habría que pagar si se compran los componentes sueltos. Bajo mi punto de vista, el único interés que podría tener montar una carga electrónica componente a componente, sería por afición o con fines educativos. Como norma general, cualquier dispositivo electrónico que se pueda comprar en una tienda, siempre saldrá más barato comprarlo que fabricar uno igual… y eso dejando aparte el acabado final.
Características
Tensión de alimentación: 6 ~ 12VDC
Medida de tensión: 0 ~ 150VDC precisión: 0,05 V
Medida de corriente: 0 ~ 10A precisión: 0,05A
Medida de potencia: 0 ~ 150W
Medida de energía : 0 ~ 99999,9Wh precisión: 0,01Wh
Medida de potencia: 0 ~ 2999,9 W precisión: 0,01 W
Medida de Impedancia: 0 ~ 999,9Ω precisión: 0,01Ω
Rango de temperatura: 0 ~ 99 °C precisión: 1 ℃
Ajuste de tensión máxima y mínima con alarma: 0 ~ 150VDC
Ajuste de corriente máxima con alarma: 0 ~ 10A
Ajuste de potencia máxima con alarma: 0 ~ 150W
Medida de capacidad: 0 ~ 999,999Ah precisión: 0,001Ah
Tiempo máximo: 999:59:59 precisión: 1s
Potencia de refrigeración del ventilador: <150W
Temperatura para el arranque del ventilador: > 40 ℃
Configuración y funcionamiento
El manual de funcionamiento que se incluye en esta carga de 150W, se podría catalogar como suficiente, pero es mejorable. Después de practicar un rato con los menús y configuraciones, llegas a acostumbrarte, pero creo que el fabricante debería haber puesto como mínimo dos pulsadores en lugar de uno. Con un sólo pulsador para todo, es muy fácil confundirse y hacer justamente lo que no quieres. (Modo irónico: ON) Es posible que el diseñador de esta carga fuera en su juventud telegrafista, y está muy acostumbrado a codificar letras a base de pulsaciones (Modo irónico: OFF).
Con el fin de que no se me olvide el modo de acceder a todos los menús, hice un diagrama a modo resumen en una hoja, y la tengo guardada junto con la carga. Así será mucho más fácil cuando la tenga que utilizar dentro de un tiempo, y ya no me acuerde de nada.
Marco de sujeción para el LCD
Un fallo de diseño de esta carga, es la falta de sujeción del display LCD dentro de su alojamiento. Al girar la carga se desprende el display y se queda colgando de la cinta flexible de conexiones. Para solucionar este problema he fabricado un marco en PLA, con la impresora 3D, para sujetar el display en su soporte. Este marco entra a presión, evitando que se mueva el display de su alojamiento, protegiendo al mismo tiempo su cinta de conexión con el PCB.
Si quieres fabricar esta marco de protección con una impresora 3D, puedes descargar el fichero .STL desde el siguiente link:
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Montaje de un kit de soldadura de doble punto, alimentado con una batería de 12V reciclada de un automóvil. Este soldador permite unir pletinas de hasta 0,15 mm de sección, muy útil para construir los paquetes de baterías que llevan como alimentación algunos dispositivos electrónicos. Construcción y montaje de una carcasa de protección para el módulo controlador, construida con una impresora 3D. Pruebas de funcionamiento del soldador, modificando la potencia y soldando pletinas de níquel de 0,1 y 0,2 mm.
Soldadura por puntos
La soldadura por puntos se basa en presión, intensidad y tiempo. En esta soldadura se calienta una parte muy pequeña de las piezas a soldar mediante el paso de corriente eléctrica, alcanzando temperaturas próximas a la fusión, y se ejerce una presión entre ambas piezas. Este tipo de soldadura es muy utilizado en la industria de automoción para unir chapas o láminas metálicas entre si, normalmente de espesor entre 0,5mm y 3mm. Los mejores resultados se obtienen cuando las dos chapas tienen el mismo grosor.
Soldadura por puntos
Etapas de las soldaduras por puntos
Colocación de las chapas a soldar entre ambos electrodos.
Acercamiento de los electrodos en las chapas ejerciendo presión.
Soldadura: tiempo que está circulando la corriente eléctrica.
Forjado: tiempo transcurrido hasta el levantamiento de los electrodos. Etapas de la soldadura por puntos
Tiempo de soldadura
La generación de calor es directamente proporcional al tiempo de soldadura. Debido a la transferencia de calor de la zona de soldadura a los metales base y a los electrodos, así como a la pérdida libre de calor de la superficie al entorno, se necesitará una corriente y tiempo mínimo. Cuando se detiene la corriente, las puntas de cobre enfrían la soldadura por puntos, haciendo que el metal se solidifique bajo presión.
Fuerza de soldadura
Las piezas de trabajo deben ser comprimidas con cierta fuerza en la zona de soldadura para permitir el paso de la corriente. Si la fuerza de soldadura es demasiado baja, la expulsión puede ocurrir inmediatamente después de iniciar la corriente de soldadura, debido a que la resistencia de contacto es demasiado alta, dando como resultado una rápida generación de calor.
Cables tipo AWG
Los equipos de soldadura por punto pueden ser fijos o portátiles. Los equipos portátiles suelen incorporar los electrodos en la misma máquina, a modo de tenaza. Estas tenazas son de gran sección y baja resistencia eléctrica (alta conductividad), debido a la alta corriente que debe circular y con el fin de minimizar al máximo las pérdidas. En algunos casos es necesario separar la máquina de la tenaza, y se utilizan unos cables de conexión entre ambos. En estos casos, los cables deberían ser lo más cortos posible y de gran sección. A continuación se muestra una tabla con las características de los cables tipo AWG, normalmente utilizados para este fin.
Soldadura de doble punto
La soldadura de doble punto se utiliza cuando no se tiene acceso con los electrodos a las dos caras de unión, como sucede cuando tenemos que unir un número determinado de baterías en serie o paralelo. Para obtener buenos resultados con una soldadura de doble punto, el espesor de la chapa inferior tendría que ser igual o mayor al de la chapa superior, evitando así las pérdidas debidas a un exceso de calentamiento en la chapa inferior.
Principales defectos en la soldadura por puntos
Intensidad demasiado alta: penetración demasiado profunda y agujeros.
Intensidad demasiado baja: mala resistencia de la unión.
Presión demasiado alta: marcas profundas en las chapas.
Presión demasiado baja: salpicaduras y agujeros.
Tiempo de soldadura demasiado largo: baja calidad del punto y agujeros.
Tiempo de soldadura demasiado corto: mala resistencia de la unión.
Características de los metales en la soldadura por puntos
Las aleaciones rojas y bronces fósforos se sueldan mejor. Los metales y las aleaciones de distinta naturaleza se pueden soldar, pero si sus temperaturas de fusión no son muy diferentes.
Níquel y sus aleaciones se sueldan fácilmente con una intensidad muy elevada.
Aluminio, magnesio y sus aleaciones pueden soldarse a condición de que se emplee una corriente muy intensa durante un tiempo muy corto, y se controle rigurosamente la cantidad de energía suministrada.
Latón se suelda más fácilmente que el aluminio, aplicando una corriente elevada durante un tiempo corto.
Zinc y sus aleaciones son delicadas de soldar por su baja temperatura de fusión.
Cobre es imposible de soldar con cobre. En mejor de los casos, la soldadura es muy mala.
Temperatura de fusión de los metales
Estaño: 232°C
Plomo: 327°C
Zinc: 420°C
Magnesio: 650 ºC
Aluminio: 650°C
Bronce: 880° ··· 920°C
Latón: 930°··· 980°C
Plata: 950°C
Oro: 1054ºC
Cobre: 1083°C
Hierro fundido: 1220°C
Manganeso: 1244ºC
Metal monel: 1340°C
Acero de alto carbono: 1370°C
Silicio: 1410ºC
Acero inoxidable: 1430°C
Níquel: 1450°C
Cobalto: 1495ºC
Hierro: 1535°C
Titanio: 1650ºC
Vanadio: 1730ºC
Platino: 1770ºC
Cromo: 1900ºC
Molibdeno: 2610ºC
Tungsteno: 3380°C
Equipo de soldadura de doble punto, para construir paquetes de baterías
Para soldar baterías, normalmente se utilizan chapas de níquel con secciones comprendidas entre 0,1 y 0,2 mm. El tiempo de conexión de una soldadura por puntos tiene que ser muy preciso. Para este tipo de soldaduras, el tiempo varía entre 3 y 10 ms, y depende de la corriente necesaria para fundir el metal que se vaya a soldar, sin llegar a perforarlo. Como es lógico, los valores de corriente y tiempo de conexión dependerán de la sección y tipo de chapa que utilicemos.
Las soldaduras por puntos se realizan provocando un cortocircuito en la fuente de alimentación, y tan importante es controlar la temperatura de fusión del metal a soldar, como proteger su fuente de alimentación, limitando los tiempos de conexión y el intervalo mínimo entre soldaduras consecutivas.
Hay muchas maneras de hacer soldaduras por puntos, se pueden utilizar transformadores y soldar con tensión alterna, o utilizar baterías o súper condensadores y soldar con tensión continua. Lo más importante es utilizar el controlador adecuado, a la tensión y corriente de la fuente de alimentación que utilicemos. Para soldar con tensión alterna se suelen utilizar transformadores reciclados de hornos microondas, sustituyendo el devanado de AT por un par de espiras de cable de gran sección.
También se podría utilizar un equipo de soldadura por arco convencional, los de transformador. No sirven los equipos de soldadura de tipo inverter, porque precisamente estos equipos incorporan un sistema para evitar que se pegue la varilla cuando se inicia la soldadura, y cortan la tensión cuando se produce un cortocircuito.
Kit de soldadura de doble punto, para alimentarlo con una batería de 12V
Para soldar con tensión continua, aprovechando la batería de 12V que he sustituido en el coche, he comprado un kit que incluye todo lo necesario:
– Placa controladora
– Cables de conexión
– Dos electrodos de cobre para hacer la soldadura
Carcasa de protección para el PCB
He fabricado una carcasa de protección en PLA, con la impresora 3D, para evitar posibles cortocircuitos cuando el equipo de soldadura está alimentado.
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Etapas de la soldadura por puntos
