Chasis Programables: Diseño de placas

Últimamente he podido ver como se esta poniendo de moda comprar un chasis de un coche, tanque… Para programarlo y que vaya solo o  controlarlo por bluetooth o internet. Yo, por ejemplo, me compre hace tiempo un chasis, de un coche y no le daba mucho uso. Hasta que recientemente le diseñe las placas para insertarselas y empezar a trabajar mas seriamente con él. En este tutorial vamos a aprender  diseñar dichas placas. Al final del mismo también encontrareis los archivos fritzing para el que los quiera.

La primera placa que debemos tener es a la que conectamos las baterías, en esta placa se hacen las conversiones de los voltajes a los que funcionan el resto de circuitos y a demás en mi caso lleva incorporado el controlador de los motores, que es un L293D. Todos los esquemas mostrados a continuación del componente están sacados del datasheet de Texas Instruments para acceder a ellos pulsa aquí.

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El uso de este dispositivo es muy intuitivo, consta de 4 salidas controladas por 4 entradas, dichas salidas estan divididas en dos ramas, controladas por su Enable correspondiente, el cual deberemos poner a 5v para que funcione, dichas ramas a demás estarán alimentadas por sus correspondiente pin Vcc y tedrán dos tierras correspondientes cada una. En el datasheet podemos encontrar el esquema interno:

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Para controlar los dos sentidos de giro de un motor necesitaremos de dos salidas y conectaremos cada una en una de los bornes del motor. Como se ve en el siguiente esquema:

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A demás como se ve en el montaje debemos poner esos 4 diodos de protección ya que los motores tienen bobinas en su interior que producen elevados voltajes cuando cambian de estado, los diodos se encargan de absorber esos sobre-voltajes protegiendo al L293D.

Dicho esto ya podemos pasar al diseño de la placa que llevará la parte de “potencia” por decirlo de alguna manera. Para hacer mas sencilla la compresión del circuito desglosaremos la placa en varias partes, la primera que es la que veremos a continuación va desde la toma de alimentación hasta la salida de 5v:

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El circuito es sencillo lo primero que encontramos es un interruptor para encender o apagar la placa, seguido de un fusible para proteger la placa de los cortos que podamos hacer cuando conectemos o desconectemos motores alimentación… En mi caso yo he puesto uno que tenía a mano de 800mA.

Luego iría el regulador de voltaje, del que podemos decir que es el componente fundamental de la placa ya que transforma el voltaje que llega de la baterías a 5v. Dependiendo de la calidad del componente podemos a ahorra mucha energía. El regulador mas común es 7805 al que le tendréis que colocar un disipador para evitar que se queme. Este componente no es conmutado y la energía que disipa en calor será igual a la diferencia de voltaje entre la entrada y la salida de 5v multiplicado por la intensidad de salida. Como podéis comprobar su su eficiencia no es buena pero es muy económico y lo encontrareis en cualquier tienda. Por otro lado está el R78-e que es conmutado y tiene un muy buena eficiencia pero es mas caro. Mi consejo es que, la distribución de patillas de ambos componentes es compatible, así que, en un principio podéis usar el 7805 que es mas común y seguramente lo tengáis a mano y en un futuro lo podéis sustituir por el R78-e.

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En la imagen podemos ver  ambos reguladores de voltaje

Dicho esto en el circuito ya solo quedaría el Led con su resistencia que hace de testigo para ver si la placa esa funcionando o no, en caso de conectar las baterías  dar al pulsador y que este no se encienda o parpadee, desconectar interruptor para ver si alguna de las conexiones no esta hecha adecuadamente.

Después tenemos un diodo entre la entrada y salida del regulador que sirve para proteger de inversiones de voltaje y tres condensadores electrolíticos de capacidades altas, la función de estos condensadores es almacenar carga. Cuando arranquemos los motores estos tendrán un pico de consumo que puede producir una caída de voltaje en la en las alimentaciones por falta de potencia en la fuente, en este momento los condensadores que están cargados ceden energía al circuito para atenuar este fenómeno.

La segunda parte de la placa estará formada por el L293D y las salidas y entradas de la placa de control:

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Como podemos ver la segunda parte es simplemente el conexionado del l293D que ya fue explicada. Para terminar los pines de control los llevaremos a unos conectores hembra para conectarlos a la placa de control que será la encargada de encender o apagar los motores según convenga, también sacaremos una toma para el neutro y otra de 5v para alimentar la otra placa.

Dicho esto solo quedaría diseñar la placa, aquí os la dejo ya hecha a continuación:

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Este sería un ejemplo del circuito ya hecho, lo componentes son iguales que los del esquema pero el interruptor como podéis ver he hecho la forma del agujero utilizando vías ya que conexiones redondas no me servían. También para hacerla de una capa he puesto varios puentes, los que ponen a tierra el integrados que son dos formador por pines individuales y que se juntan por un conector de dos pines. El otro lo tenemos encima de este último y lleva una de las entradas de control al pin de salida hacia la placa de control.

Otra cosa a tener en cuenta es la separación de las clemas, cuidado con esto, medid la y en el inspector de las clemas en fritzing poned esa separación entre pines.

Dicho ya tenéis la placa diseñada y os quedaría parecida a esta:

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Ahora solo os quedaría pones una placa de control ó simplemente una placa Arduino o similar, nosotros para finalizar el tutorial vamos a hacer una placa muy simple con el Microcontrolador Attiny85 de Atmel, elegimos este porque es barato y podemos programarlo utilizando un placa de Arduino por ISP. Cuenta con 6 E/S digitales, por lo que utilizaremos 4 para controlar los motores y las otras dos pondremos un sensor de ultrasonidos.

El esquema de la placa es el siguiente:

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El diseño es sencillo ponemos un condensador de capacidad media para absorber el ruido que llegue al mC, un led para ver que la placa esta alimentada, y los conectores uno para conectar con la placa de potencia, el otro para conectar el sensor de ultrasonidos y el tercer bloque que es para poder programar el mC sin tener que sacarlo del zócalo, lo cual es bastante cómodo.

Ahora veremos un ejemplo de la placa pasada a PCB:

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Tras llevar la placa a la realidad os quedarás algo así:

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Bueno como podéis ver las placas van atornilladas al chasis cada uno de vosotros, debéis ver en el vuestro donde colocáis los tornillos. Aquí os dejo los de archivos de fritzing utilizados: Placas coche.

Con esto terminamos con el tutorial próximamente sacaremos uno como hemos programado dicha placa y los resultados que hemos tenido, así como tutoriales donde haremos placas mas interesante con otros mC y mas sensores. Hasta otra.

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