Iluminación DCC: Tren corto

[Rfe7747]

Hola.

Se me ocurrió. Y tal como se me ocurrió lo he probado. Y funciona. Lo comparto con vosotros por si en algún momento le puede ser útil a alguien.

Se trata de un decodificador para iluminación sencillo, que alimenta los LEDs desde las salidas del microcontrolador sin emplear transistores amplificadores de corriente. Todo se basa en leer las características que proporciona el fabricante y respetarlas en todo momento.

Atmel nos indica que los pines de un ATtiny85 pueden suministrar o absorber como máximo absoluto 40 mA. Si no llegamos a necesitar ese valor, podemos alimentar directamente desde los pines (sin superar en total 60 mA como también indica). El circuito es más sencillo, sin duda:

Esquema.png

Puente rectificador, condensador de filtro, regulador 78L05 y microcontrolador. El "truco" consiste en alimentar la composición, en este caso, desde los pines llamados Vctrl+ y Vctrl- con uno de ellos a nivel alto y el otro a nivel bajo para el encendido de los LEDs de iluminación, y en sentido inverso para los LEDs rojos de cola:

Idea tren corto.png

conmutando con una frecuencia de 50 Hz para evitar parpadeos, y dedicando un 90% de cada ciclo a la alimentación de los LEDs blancos y el 10% restante a los rojos.

Dado que se alimentan desde 5 voltios y que los LEDs blancos tienen una tensión de trabajo del orden de 1 voltio, deben conectarse en paralelo. La composición que he realizado está formada por tres coches 7000 "yenkas", cada uno de los cuales se ilumina con siete LEDs, más un furgón con otros tres. Suponiendo una corriente por cada uno del orden de 1 mA, el consumo rondaría los 25 mA, soportados perfectamente por el microcontrolador:

Tren iluminado.png

...continuará...

Saludos,

Germán

El archivo adjunto contiene un pdf con la descripción, el diseño de la placa de pistas y los archivos de código y EEPROM del circuito.

[DIC40]

Como siempre en la cresta, muchas gracias Germán.

[Rfe7747]

Como siempre en la cresta, muchas gracias Germán.

Hola DIC40, muchas gracias.

...continuando...

El siguiente paso sería calcular las resistencias necesarias... y para eso, de nuevo, un vistazo a lo que nos dice el fabricante:

Graf-Atmel.png

A medida que aumenta la corriente que suministra o absorbe el terminal, la tensión presente en él disminuye si es un nivel alto, o aumenta si es bajo; por tanto no podemos suponer los 5V como hacemos a veces, porque es menor. Pero según las gráficas la variación es lineal; es decir, que aplicando la ley de Ohm, la salida a nivel alto se comporta como una resistencia de valor:
R = (5 – 4’45) / (20 – 0) = 27’5 Ω
y a nivel bajo:
R = (0’45 – 0) / (20 – 0) = 22’5 Ω
simplemente dividiendo la variación del voltaje entre la de la corriente entre dos puntos.

Así para los 25 mA aproximados que calculamos que consumiremos en el montaje, la resistencia necesaria será:
R = (5 – 2’7) / 21 = 0’092KΩ = 92 Ω
teniendo en cuenta que los LEDs blancos de alto rendimiento actuales tienen una caída de tensión de unos 2'7V cuando la corriente por ellos es de 1 mA. De esos 92 Ω, 50 son internos a los pines del micro; luego la resistencia externa necesaria para el conjunto será: R = 92 - 50 = 42 Ω y si ponemos una en cada coche, debería ser de 42 x 3 = 126 Ω. Por seguridad he probado con 150 Ω y como se aprecia en la primera foto, la iluminación es adecuada (voy a reducirla, ya que es programable, porque estos coches no tenían tanta luz).

...continuará...

[Rfe7747]

...continuando...

El montaje del circuito no tiene más historia que el conseguir los componentes y tener el cuidado normal en la soldadura; en el pdf del primer post se incuye el diseño de la placa que realicé. Si alguien tiene interés en experimentarlo y tiene dificultades para conseguir algún componente, puede ponerse en contacto conmigo y le aportaré lo que pueda (placa, micro programado...).

Una característica destacable es, como se ha dicho al principio, que el conjunto no precisa más que dos hilos para alimentar toda la composición. Es una ventaja... y un inconveniente, porque hace que se deba tratar casi como composición indeformable (salvo que se quiera gastar en enganches portacorriente mucho más dinero del que cuesta todo el resto del montaje).

Con el sistema casero que mostré años atrás para preparar barras rígidas de enganche aprovechando los de lazo desechados, se obtiene una "barra portacorriente" aceptable

enganches portacorriente.png

Con dos láminas de unos 2 mm en los laterales se pueden llevar los contactos de un cajetín a otro. Y como dos ejes en el furgón no son suficientes para garantizar una buena toma de corriente, el primer enganche lleva dos láminas más en la parte inferior para las tomas de corriente de la vía:

enganche portacorriente furgon.png

y entre coches:

enganche portacorriente entre coches.png

Este sistema es bastante fiable (en el cercanías de dos pisos lleva años funcionando).

...continuará...

[Rfe7747]

...continuando...

Como una composición así no lleva más señales que las luces rojas de uno u otro extremo, se informa al decodificador del sentido de marcha mediante un péndulo invertido instalado en uno de los ejes del furgón:

pendulo en eje.png

Una de las dos láminas recibe el contacto desde uno de los dos raíles, y mediante dos diodos, se genera un nivel alto o bajo en el condensador C3 del esquema, lo que sirve de información al microcontrolador del sentido de marcha y enciende las luces rojas del coche extremo o las suyas propias:

pendulo circuito.png

Los LEDs para iluminación van instalados en una tira pcb de unos 4 mm de ancho a la que hice una ranura a lo largo para montar los LEDs en paralelo (no es el modo preferido, pero el diseño lo exige, y hoy día no hay excesivas diferencias entre ellos y lucen de forma similar)

interior coche intermedio.png

En el coche extremo, los pilotos rojos superiores está hechos con fibra óptica; el inferior es un LED de 1'8mm.

interior coche cola.png

...continuará...

[Rfe7747]

... y ya por fin completa la historia la programación:

Por medio del pin PB3 se muestrea la señal DCC limitada y filtrada por R2 (22KΩ) y C2 (100pF) para recortar los picos que con frecuencia presenta la tensión de la vía y cuyos trastornos conozco (he sufrido) por experiencia.

Midiendo la duración del tiempo de la señal en nivel alto mediante una interrupción, se discriminan los ceros y los unos. Cuando se recibe un paquete correcto se activa un indicador para que luego la función main() haga la decodificación del mismo.

A través del pin PB2 se recibe información del sentido de marcha como ya se explicó, y las salidas principales son PB0 (Vctrl+) y PB1 (Vctrl-) para la iluminación de la composición y PB4 para el encendido de las señales rojas del propio furgón.

Como se explicó al inicio del tema, la clave es generar una tensión alterna para iluminar los LEDs blancos en un sentido y los rojos en el contrario. Para evitar parpadeos la frecuencia de estos dos estados es de 50 Hz. De cada ciclo se dedica el 90% al encendido de los LEDs blancos, y el 10% restante a los rojos; esto se consigue con una interrupción de un timer.

Como en otros casos, la dirección del decodificador puede ser larga o corta y se programa de manera sencilla en las dos primeras CVs. Asimismo la intensidad luminosa de los LEDs es programable independientemente para la iluminación de pasajeros y de las señales. Y finalmente las funciones que controlan el encendido de unas u otras son mapeables en cualquier posición entre F0 y F28.

Tabla CVs.png

Y esto es 'casi todo' sobre este asunto. He procurado ser breve porque sé que estos temas no suelen interesar mucho, pero aún así me ha salido un buen rollo. Si alguien precisa alguna aclaración, la haré encantado, hasta donde sepa.

Gracias por vuestra atención y felices fiestas.

Germán

[liquigas]

[TENDER]

Buenas noches: No encuentro el diseño de placa ni la relación de componentes. Te ruego me los pases. Un saludo.

[DiegoAlco]

genial Germán, como siempre!

[Rfe7747]

Gracias, Diego.

Buenas noches: No encuentro el diseño de placa ni la relación de componentes. Te ruego me los pases. Un saludo.

El diseño de la placa está en el archivo 'pcb.pdf'. La relación de componentes pensé que estaba clara en el esquema:
Cantidad - Referencia - Valor
1 - C1 - 2u2/35V
1 - C2 - 100pF
2 - C3,C4 - 100nF
1 - C5 - 1u/16V
1 - D1 - HD01
1 - R1 - 220
2 - R2,R3 - 22K
1 - U1 - ATTINY85
1 - U2 - 78L05/SO

Saludos,

Germán

[Carrington]

Bravo, Germán! Una vez más, me dejas con la boca abierta. No quiero ni imaginar lo que habrás hecho con las luces de Navidad...

Saludos
Carrington, liado con el belén, la zambomba y el pesebre