Banco De Rodaje

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Banco De Rodaje

  1. 1. proyectos modelismo Banco de rodaje aut para motores térmicos de modelismo primera parte: el material Por Michel Kuenemann (Francia) Aunque los motores eléctricos “sin escobillas” han sustituido en buena parte a los motores térmicos en los modelos de aviones de tamaño pequeño o intermedio, un gran número de modelistas permanecen aún anclados a los motores térmicos. Si un motor eléctrico puede ser utilizado a plena potencia desde su puesta en servicio, un motor térmico deberá ser rodado antes de poder entregar su potencia máxima. El proyecto descrito aquí tiene por objeto automatizar esta importante operación. Características técnicas • Régimen de rotación del motor. • Temperatura del motor. • Procesador ARM7 de 32 bits con reloj de 59 MHz, memoria flash de 128 KB y • Riqueza de la mezcla aire/carbu- memoria RAM de 64 KB. rante. • Control de gas por servo de modelismo estándar. Recorrido y sentido de desplazamiento con parámetros configurables. Tradicionalmente, el régimen de rota- ción (velocidad del motor), se controla • Calentamiento de bujía controlado por microcontrolador. por medio de la cantidad de combusti- • Medida del régimen del motor de 0 a más de 30.000 rpm. ble (“gas”), a menudo, activado manual- • Medida de la temperatura del motor de 0 a 160 °C. mente, como en el caso de un banco de • Medida de la temperatura ambiente. rodaje. El régimen de rotación del motor • Ajuste de la riqueza de la mezcla gestionado por el programa instalado. es controlado por medio de un cuenta- • Terminal de bolsillo móvil con pantalla LCD alfanumérica de 4 líneas de 20 revoluciones manual o, de manera más caracteres, botones pulsadores y botón de codificación. sencilla, “al oído”. La temperatura del • Enlace USB. motor se controla, a menudo, por el • Interfaz Direct Servo Control (DSC). tacto y la riqueza de la mezcla se regula • Un botón pulsador de parada de emergencia. manualmente. En estas condiciones, la • Alimentación entre 7 y 15 VCC. operación de rodaje se realiza de forma 100 % manual, con muy pocas informa- El rodaje de un micromotor térmico controlado de las piezas (en particular ciones objetivas que nos informen sobre puede ser realizado sobre el modelo pistones y camisa), lo que permite a el avance de dicho rodaje. para el que el motor está destinado o estas piezas el adaptarse de forma pre- El objetivo de la placa descrita en el pre- sobre un banco de pruebas dedicado cisa. Así pues, la forma en que son reali- sente artículo es el de aportar una dosis El rodaje consiste en hacer funcionar el zados estos ciclos depende de las carac- de automatización y de repetitividad a motor, cargado por una hélice de paso terísticas del motor, de las recomenda- dicha fase, gestionando automáticamente y diámetro adaptados, haciéndole sufrir ciones del fabricante y de los hábitos de los principales parámetros del rodaje. ciclos de aceleración y de deceleración cada uno. La placa ofrece también unas posibili- controlados. Estas alternancias de regí- Los parámetros esenciales a gestionar menes altos y bajos provocan un “uso” son: Figura 1. Diagrama de bloques del banco de rodaje. elektor, electronics worldwide - 4/2009 26
  2. 2. omático 0 10 70 110 .2 50 68 dades extendidas de prueba y El control de gas (aceleración) se rea- El problema y las funcionalidades de de ajuste de los motores liza por medio de un servo estándar. El este montaje serán descritos con detalle térmicos (rodados) o régimen de vueltas del motor realizado en un segundo artículo. eléctricos de los que se mide con un sensor óptico. La placa se desea conocer, genera también el calentamiento de las Sinóptico del banco estimar o com- bujías y ajuste el punto de riqueza de la El diagrama de bloques del banco de parar característi- mezcla por medio de un motor paso a rodaje se presenta en la Figura 1. En cas, como la potencia paso. Para hacerlo todo bien, la placa el corazón del sistema se encuentra una estática, la potencia gene- vigila la temperatura del motor y la tem- placa microcontroladora de 32 bits que rada por el motor, las curvas de peratura ambiente. controla el motor y se encarga de la gas o las curvas de par motor y de Un terminal de bolsillo, que contiene un adquisición de datos de los parámetros potencia. La placa también puede ayu- visualizador de cristal líquido, un botón del motor, necesarios para rodaje. dar con el reglaje de la aceleración. codificador, algunos botones pulsadores y Temperatura ambiente Sensor de Paro de Temperatura emergencia Conector para Temperatura del motor Sensor de control directo del Temperatura servo (DSC) Calentamiento de la bujía Mando de gas Placa del banco de rodaje Servo estándar Terminal de mano Régimen del motor Motor Sensor paso óptico Motor a rodar a paso Mando de reglaje de mezcla PC portátil USB Alimentación 080253 - 11 4/2009 - elektor, electronics worldwide 27
  3. 3. proyectos modelismo Con todo montado, la placa permite Tabla 1. controlar el rodaje de todos los tipos Características del microprocesador y utilización de los recursos para la aplicación de motores térmicos de 2 ó 4 tiempos, Recurso Característica Comentario monocilindros o multicilindros, que fun- ARM7-TDMI, unidad central Unidad central tipo RISC, una instrucción cionen con metanol o con gasolina, con Unidad central de 32 bits por pulso de reloj encendido por calentamiento (glow) o por chispa (encendido electrónico). Frecuencia de reloj utilizada en la aplica- Reloj 60 MHz ción: 58,9824 MHz Memoria RAM 64 Kb Descripción de la placa principal Memoria Flash 128 Kb Utilizada para la programación y la comu- La placa, cuyo diagrama de bloques se UART0 Compatible 16C551 nicación con el PC presenta en la Figura 2, ha sido conce- bida alrededor de un microcontrolador, Disponible en el conector de expansión. Múl- UART1 Compatible 16C551 a partir de ahora conocido por los lec- tiples con la generación de la señal PWM tores de Elektor, el LPC2106 de NXP Este . SPI Disponible en el conector de expansión procesador de 32 bits tiene una arqui- I2C N°2 Hasta 400 Kbps Disponible en el conector de expansión tectura RISC ARM7 y posee las caracte- rísticas ideales para este proyecto (ver Utilizado por el terminal de bolsillo y el I2C «bit bang» Hasta 400 Kbps sensor de temperatura. Extensibles. Tabla 1). El LPC2106 sólo esta dispo- 3 conectores disponibles nible en encapsulado SMD con un paso de 0,5 mm, y nos ha parecido juicioso 3 puertos disponibles en el conector de Puerto de E/S utilizar un modelo que el lector podrá expansión adquirir “ya montado”, dentro de la placa ARMée descrita en los números un zumbador, permite controlar el banco de de abril y mayo de 2005 [1][2]. sor de telemando y controlar el servo por rodaje sin la necesidad de un ordenador. En la parte izquierda de la Figura 2, medio del mango de gas. Es también El enlace USB (full speed a 12 Mbps), nos encontramos con los interfaces del por este medio por el que se accede a obligatorio en nuestros días, permite “sistema” y los interfaces con el motor las funcionalidades relacionadas con la programar la placa, controlarla y leer a rodar. optimización de la curva de gas. los datos registrados. La placa funciona correctamente con Se ha previsto un botón pulsador de El banco posee un interfaz DSC (Direct una alimentación comprendida entre “parada de emergencia” a fin de provo- Servo Control, es decir, Control Directo 7 y 15 V. La placa puede ser alimentada car la parada rápida del motor en caso del Servo), que permite conectar un emi- también por medio de un alimentador de algún problema. de tensión de red, de un adaptador de encendedor de mechero de un coche, o por una batería de siete elementos Interfaz de NiCd, NiMH o incluso con polímero de usuario en placa de litio de 2S o 3S, que los modelistas conocen bastante bien. Puertos E/S LED 5V Regulador Alimentación Run El servo de gas está controlado de un Puertos E/S modo totalmente clásico, por medio de Puentes una señal PWM. Por supuesto, la placa JTAG Sonda JTAG Reset Botón proporciona la alimentación del servo y la Reset PWM y alimentación Servo conexión es del mismo tipo que la que se de gas encuentra en todos los receptores de radio- Botón “Paro de Entrada Sensor control. Así pues, el control de aceleración emergencia” “Captura” Acondicionamiento del régimen se podrá realizar por cualquier servo de del motor Carte Micro ARMée modelismo “estándar” del mercado. Control Sensor de (LPC2106) Directo del El sensor del régimen de vueltas del temperatura Convertidor Servo (DSC) del motor Bus I2C motor lo constituyen un fototransistor y Analógico/ Digital Sensor de un diodo LED. La señal proporcionada Rx temperatura Tx por el fototransistor es acondicionada ambiente PC Interfaz (USB) USB/Serie antes de atacar una entrada sensora del Motor de Puertos E/S Driver ajuste de microprocesador. la mezcla El micro no posee entradas analógicas, Bus I2C, señal de interrupción y Bujía por lo que ha sido necesario prever un alimentación 5V Terminal incandescente Puertos E/S Transistor de mano conversor analógico/digital externo para MOSFET Alimentación bujía la adquisición de las temperaturas. Se SPI, UART1, ha elegido un modelo con interfaz I²C. GPIO, I2C alimentaciones El reductor de motor paso a paso unipo- lar, encargado de ajustar la riqueza de la Conectores de expansión 080253 - 12 mezcla, está controlado por un driver de colectores abiertos, controlado a su vez, por cuatro puertos de E/S del micro. Figura 2. Diagrama de bloques de la placa de control del banco de rodaje. elektor, electronics worldwide - 4/2009 28
  4. 4. El calentamiento de la bujía se gestiona reinan el módulo ARMée, equipado con este tipo presenta una carga nada despre- por un transistor MOSFET de potencia, un microcontrolador LPC2106/01 y un ciable para el microcontrolador, si el bus controlado por un puerto de E/S del cristal de cuarzo de 14,7456 MHz. Hay es usado de manera intensiva y, aún más, micro. que señalar que estos componentes son si se desea usar el bus en modo esclavo. En la parte derecha del diagrama de diferentes de los usados en la placa des- Para evitar estos inconvenientes, hace- bloques de la placa, podemos encontrar crita en 2005 [1][2]. Si queremos usar mos funcionar el puerto I²C n°1 solo en unos diodos LED, que permiten ver el la placa del 2005, basta con sustituir el modo maestro y hemos añadido una estado de la placa, un pulsador de reini- cristal de cuarzo de origen. El módulo señal de interrupción (INT0) a este bus, cio, el puerto USB y el interfaz DSC. ARMée esta alimentado únicamente con el fin de evitar usar un mecanismo con 5 V, ya que las tensiones de 1,8 V de búsqueda para la lectura de los boto- Un terminal de bolsillo… y 3,3 V necesarias, respectivamente, nes pulsadores y del codificador del ter- …que permite el control de la placa, se para el núcleo y para las entradas/sali- minal de bolsillo. Así, las transacciones conecta a la placa principal por medio das, son generadas por la propia placa realizadas en el bus I²C están limitadas de un cable de seis conductores, termi- ARMée. La tensión de 3,3 V, generada a lo estrictamente necesario. nado en conectores RJ11. Este cable por la placa ARMée, es usada por cier- Para terminar, señalar que este interfaz transporta un bus I²C de 400 Kbps, una tos componentes de la placa. conlleva un componente activo (IC3), señal de interrupción y la alimentación Un conector de tensión de 20 termina- del tipo PCA9517A. Este componente del terminal (5 V). les (K3), no usado actualmente, con- tiene tres misiones: • Adapta los niveles eléctricos del micro tiene todas las alimentaciones de la (3,3 V) a los niveles del bus externo placa (salvo los 1,8 V del corazón del El esquema eléctrico de (5 V). micro), todos los terminales de E/S del la placa principal • Ofrece una barrera de protección micro no usados (como un bus SPI, una Sólo hay un pequeño paso desde el contra las “agresiones” del mundo UART, un puerto de generación PWM y diagrama de bloques al esquema exterior. dos puertos de E/S) y el bus I²C n°1 con eléctrico de la placa del controlador • “Amplifica” las señales del micro y per- interrupción. (Figura 3). En este esquema, bastante mite así superar el límite de 400 pF El bus I²C n°1 es del tipo “bit bang”, es impresionante debido al gran número especificado por el bus I²C. decir, lo trenes de pulsos necesarios para Las resistencias serie de 100 Ω, asocia- de conectores y de componentes de pro- el protocolo I²C son generados por pro- tección, es relativamente fácil reconocer das a los diodos zéner de 5,6 V, comple- grama. Esto tiene la ventaja de poder los bloques descritos en el diagrama de tan la protección de este bus. Los puen- transformar cualquier par de puertos del tes (JP5 a JP8) permiten alimentar, o la Figura 2. En el centro del esquema micro en un bus I²C. Por contra, un bus de 4/2009 - elektor, electronics worldwide 29

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