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Iluminación DCC por departamentos 'universal'

Moderador: 241-2001



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Hola.

Después de unos cuantos ensayos, os presento otro sistema de iluminación por departamentos. Aunque los resultados se parecen a los ya presentados en el hilo http://forotrenes.com/foro/viewtopic.php?f=7&t=59426 el desarrollo cambia tanto que prefiero abrir un hilo nuevo para éste.

Se trata de un decodificador que permite los estados:
• Apagado total
• Encendido total
• Encendido aleatorio
• Apagado aleatorio
• Encendido/apagado aleatorio
activados de forma manual, mediante funciones, o de forma automática en función de la velocidad de una de tres locomotoras programadas:
o Baja: encendido aleatorio
o Alta: apagado aleatorio
o Entre ellas: encendido/apagado aleatorio
Controla hasta 30 LEDs, ocho de los cuales pueden programarse como pertenecientes a pasillo o plataformas (o cafetería, etc.), con encendido independiente del de los departamentos.
La intensidad luminosa es programable e independiente para departamentos y pasillo-plataformas. Simulación de iluminación incandescente o fluorescente.
Con direcciones cortas o largas tanto para el decodificador como para las locomotoras, en formato decimal sencillo.
Todas estas prestaciones están definidas en variables de configuración.

Una novedad consiste en incluir direcciones de tres locomotoras para permitir un control automático, en función de la velocidad de la locomotora seleccionada. Esto permite que una composición esté formada por varias ramas que se separen en una estación y cambien de locomotora, manteniendo un funcionamiento automático, o a la inversa, se agrupen varias ramas procedentes de distintos orígenes en una única composición manteniendo también el funcionamiento automático, sin más que asignarles la misma dirección y definirles cuál es la locomotora que las arrastra en cada caso.

Otra cuestión importante que se ha tenido en cuenta al desarrollar este proyecto es el facilitar la autonomía en su realización. Para ello se propone un circuito genérico de conexión de los LEDs, fácilmente adaptable a cada vehículo concreto, utilizando cualquier programa simple de dibujo como por ejemplo paint y métodos caseros de realización, como por ejemplo "el método de la plancha".


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Circuito:

El circuito es clásico: puente rectificador para convertir en continua la señal DCC de la vía, condensador de filtro y regulador para rebajar la tensión a 5V, y estabilizarla, para el microcontrolador, y muestreo de la señal DCC mediante una resistencia, R4, para llevarla al microcontrolador que la decodificará.
Seis pines del microcontrolador se emplean para el control del encendido o apagado de los LEDs, mediante el sistema charlieplexing, que permite así la gestión de hasta 30 LEDs. Además se disponen otras dos salidas independientes (actuadas mediante transistores digitales) que permitirían controlar otros dos dispositivos. Están previstas, por ejemplo, para el encendido de las luces de cola del vehículo y otra función auxiliar, pensada para el caso de vehículos especiales, como por ejemplo coches mixtos de departamentos y cafetería, donde ésta se gestionara de forma independiente de la secuencia programada para aquellos, o también, por ejemplo, para las luces de cola del otro extremo.

Circuito.png
Circuito.png (20.36 KiB) Visto 4340 veces

Con las resistencias de 91 Ω previstas en los pines de control la corriente por cada LED será de unos 11 mA; si se desea aumentar la luminosidad puede reducirse su valor hasta 68 Ω, lo que aumentaría la corriente hasta unos 15 mA, valor que no se aconseja superar.

La resistencia R8 (Rlim) a la entrada del regulador tiene como misión reducir la potencia que éste debe disipar (a costa de disiparla ella); así ayuda a que la temperatura del 78L05 no sea elevada. Se calcula para tener una caída de unos 8 V con la corriente que consuma el circuito. Con los valores previstos podría ser de unos 390 Ω (corriente total de unos 20 mA).

Se aconseja alimentar los circuitos conectados a COLA y AUX desde la tensión VVIA para no sobrecargar al regulador. Por ejemplo:

Circuitos aux.png
Circuitos aux.png (6.09 KiB) Visto 4340 veces

Lista de componentes
Item Cantidad Referencia Valor
1 - 1 - C1 - 2u2/35V
2 - 1 - C2 - 1u/16V
3 - 1 - C3 - 100nF
4 - 1 - D1 - HD01
5 - 2 - Q1,Q2 - BCR512
6 - 6 - R1,R2,R3,R5,R6,R7 - 91 Ω
7 - 1 - R4 - 22K
8 - 1 - R8 - 390 Ω
9 - 1 - U1 - ATtiny84
10 - 1 - U2 - 78L05/SO


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Placa pcb del circuito

Tiene unas medidas de menos de 34x16 mm.

Pcb circuito.png
Pcb circuito.png (15.2 KiB) Visto 4338 veces

Una buena parte la ocupa el disipador de cobre del regulador, que puede recortarse porque su temperatura no es excesiva.
La distribución de componentes es la siguiente:

Pcb componentes act.png
Pcb componentes act.png (42.61 KiB) Visto 4338 veces

Y las conexiones con el exterior:

Pcb circuito - con ext.png
Pcb circuito - con ext.png (23.15 KiB) Visto 4338 veces

Debe prestarse atención como siempre a la polaridad de los condensadores y a la posición del regulador y el micro.


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Placas pcb para los LEDs
Para facilitar la autonomía, se ha diseñado un circuito impreso (pcb) para los treinta LEDs que pueden ser gestionados por el circuito. Así ya se suministra realizada la conexión básica de los mismos:

Placa base 05mm.png

Para ello simplemente se ha capturado la pantalla del pcb diseñado, impreso en formato pdf (visualizado al 400%). En él se indican algunas medidas que ayudarán a construir la placa que se adapte perfectamente al vehículo que se quiera iluminar.

Placa base - detalles.png

Los LEDS están separados 4 décimas de pulgada (2’54 mm) y sobre ellos se ha dibujado una regla marcada en centímetros y medios centímetros que permite un ajuste suficientemente válido para posicionarlos. No obstante, en la parte inferior también se ha marcado la distancia entre el primero y el último y el número de pixels entre ellos, lo que permite mediante una simple regla de tres, conocer el número de pixels por milímetro:
294’64 mm. ---------- 4455 pixels
1 mm. ---------- x pixels
Luego 1 mm. son 15’12 pixels. Esto permite situarlos con suficiente precisión para adaptar su montaje al vehículo de que se trate.
En el extremo izquierdo están los terminales que se corresponden con los de la placa del circuito, numerados de arriba abajo.
Los LEDs tienen polaridad, que es muy importante respetar; para facilitar su colocación, los terminales de contacto están dibujados con formas distintas: ovalado para el ánodo y rectangular para el cátodo.
También se pueden observar algunos puentes para interconectar pistas. Se pueden realizar soldando resistencias smd y puenteándolas con un hilo fino de cobre.


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Cómo adaptar el pcb a cada vehículo

Quizás sea más complicado de explicar que de entender; a ver si ayudan los dibujos. Lo primero será hacer un boceto para ubicar los LEDs en las posiciones que deseemos iluminar. Por ejemplo para un ochomil de primera clase de Electrotrén, las posiciones serían:

Boceto 8M1.png

Ahora se anotan en una copia de la placa base genérica, sobre una copia de la regla, separando las posiciones de los que irán en pasillo (fuera de la placa):

Placa base a E8M1-1.png

Se dejan los 19 primeros y se borran los demás. Se quitan también las pistas que llevaban la alimentación a los suprimidos (tramos marcados con puntos).
A continuación se van copiando y pegando cada uno de los originales bajo la regla que marca su posición, teniendo la precaución de que el “troceado” incluya siempre de una vez los zigzags de las pistas para que queden enfrentadas. No importa si no se sitúan a la misma altura, porque en el siguiente paso se van a ir ajustando:

Placa base a E8M1-2.png

Ahora se estirarán las pistas a los lados de cada LED, para mantener las conexiones. Se selecciona un tramo de trazos horizontales (única manera de estirar sin deformar), se sitúa el cursor junto al punto central del lado a estirar hasta que tome la forma de doble flecha y entonces se arrastra hasta enfrentarse con las pistas del otro tramo.
Y si ahora observamos que no coinciden en altura, es cuando seleccionamos el conjunto y le subimos o bajamos hasta que se enfrenten. Luego estiramos de nuevo hasta conectarlas.

Estirado de pistas.png
Estirado de pistas.png (14.05 KiB) Visto 4329 veces

...


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... continúa:

Y así con cada LED. Al final llegaremos al trazado definitivo, que cada uno podrá retocar a su gusto si lo considera necesario:

Placa base a E8M1.png

Copiamos este trazado obtenido a un nuevo archivo (mantener el formato mapa de bits monocromo) y éste será el que utilicemos para realizar nuestro pcb. Ahora es el momento de aplicarle “la cosmética” que se desee. Aconsejo separar los terminales de los LEDs que no irán en la placa y marcar en blanco el punto donde se taladrará.

pcb E8M1 - pistas05.png

Otros detalles como nombre fecha, etc, conviene tenerlos en cuenta, y anotarlos, especialmente la longitud total desde el extremo de los conectores por la izquierda hasta el borde de los dos últimos terminales por la derecha, que se obtendrá de la misma proporción utilizada al principio, para los pixels resultantes del pcb obtenido (15’12 pixels por milímetro).

Detalles pcb.png
Detalles pcb.png (12.08 KiB) Visto 4325 veces

También puede eliminarse algún puente, como en este caso, que no detallo para no extenderme demasiado.


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Montaje

Una vez realizada la placa, por cualquiera de los procedimientos a nuestro alcance, se irán soldando los LEDs prestando atención a su polaridad.
En muchos de los vehículos será preciso intervenir para hacer sitio a los LEDs; por ejemplo en los ochomiles de Electrotrén hay que operar para poder iluminar las plataformas y abrir puntos para el pasillo:

Intervencion vehiculo E8M1.png

Después se sueldan los LEDs de la placa y los terminales de los que irán situados sobre el pasillo (en este caso utilicé terminales de resistencias) por la cara opuesta:

soldadura LEDs-1.png
No todas las fotos corresponden al mismo vehículo, pero el procedimiento es el mismo en todos los casos.

soldadura LEDs-2.png

Y a la distancia medida en el boceto se van soldando también los LEDs del pasillo.

placa con LEDs.png

Se presentan para hacer los últimos ajustes si fuera necesario:

ubicacion.png

Y finalmente se conecta la placa del circuito. Como el orden de los terminales es importante, porque es el que identifica los LEDs, el pin1 del circuito debe conectarse al pin1 de la placa. Para facilitar la conexión utilicé cable plano de colores.

Montaje del circuito.png


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Programa

El programa lee la señal DCC de la vía, la decodifica y actúa según las órdenes recibidas. Las variables de configuración se cargan al inicio del programa. Éste chequea las funciones activadas para ejecutar el efecto correspondiente.
Continuamente se actualiza el estado de cada LED. Cada uno tiene asignado un tiempo de 660 μs, esté encendido o no, formado por 10 ciclos de 66 μs cada uno. El número de estos ciclos es el utilizado para variar la intensidad luminosa en pasillo y plataformas o departamentos. Conviene recordar que la luminosidad no es proporcional a este valor.
El tiempo necesario para actualizar los 30 LEDs es de 30x660 = 19800 μs = 19’8 ms; por lo tanto la frecuencia resulta de algo más de 50 Hz. Así se evita que el ojo perciba parpadeos. Además, este método hace que la intensidad luminosa de cada LED sea independiente del número de ellos usados en cada coche.
Cuando se programa una cv, si se ha realizado correctamente, responde encendiendo alguno de los LEDs para informar al usuario de la operación realizada.
Puede resetearse al estado inicial (indicado en la tabla de las cvs al final), escribiendo el valor 8 en la cv8. Cv7 y cv8 son de sólo lectura y no pueden modificarse.

Manejo

Se ha procurado racionalizar la utilización de las funciones de manera que resulte lo menos complejo posible:

Tabla funciones.png
Tabla funciones.png (12.6 KiB) Visto 4312 veces

[F0] actúa como interruptor general: activada conecta el circuito y desactivada lo desconecta. Activa conecta las luces del pasillo y plataformas.
[F4] y [F3] sin activar seleccionan el modo manual: los efectos dependen de [F1] y [F2]; las otras combinaciones seleccionan el modo automático en que los efectos dependen de la velocidad de la locomotora seleccionada:
• Por debajo de un cierto valor (cv16) selecciona el encendido aleatorio
• Por encima de otro valor (cv17) selecciona el apagado aleatorio
• Entre estos dos valores selecciona el encendido/apagado aleatorio
Estos dos valores de la velocidad se definen en dos cvs.
[F5] controla las luces de cola.
[F6] el circuito auxiliar.

Programación
Las direcciones del decodificador y de las locomotoras se definen en dos cvs, cada una, y en modo decimal, para facilitar y simplificar su programación:
cv1 contiene la parte baja y cv2 la parte alta. La dirección se interpreta como corta cuando la parte alta está a cero:

CVs direccion.png
CVs direccion.png (3.92 KiB) Visto 4312 veces

Y de modo análogo para las locomotoras.

Variables de configuración:

Tabla CVs.png


Y esto es todo, que no es poco. Gracias por la atención; ojalá a alguien le sirva de inspiración. Adjunto un fichero con el bmp del pcb de los LEDs.

Saludos,

Germán

Placa base 05mm.zip
(13.86 KiB) 109 veces


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Aunque el funcionamiento es conocido, en el hilo del encuentro de Quintanar de la Sierra hay unos enlaces a videos que grabó mi amigo Antonio; en el último se ve de forma estática uno de los ochomiles que tengo preparados así, en el módulo de Raúl (evoixra) que amablemente nos permitió probarlo.

Y quiero añadir un par de detalles más, a tener en cuenta:

El primero es agradecer al colega mikepoch su colaboración, ideas y ensayos con estos circuitos. El segundo, gracias al mismo forero, ha sido detectar que el hecho de poner un condensador de capacidad elevada para evitar los parpadeos (que en digital realmente son reseteos del circuito) hace que al programar el circuito (al menos con el multimaus) se produzca el 'error 1'. Se debe al hecho de que el pico inicial de carga del condensador, en la vía de programación, es considerado por la central como una sobrecarga de corriente, y por eso interrumpe la programación; esto lo he consultado a Roco y lo confirman.

La solución simple: en serie con la vía de programación se conecta una resistencia para evitar ese pico incial, y asunto resuelto. Su valor, desde unas centenas de ohmios en adelante: he probado con 390 Ω y con varios KΩ y se programa sin error.

Saludos,

Germán


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Muy bueno espero ponerlo en practica,gracias por compartirlo con todos.
Saludos Luis.


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como siempre, un gran y detallado trabajo!!!!!

Saludos
HO, Renfe epocas IV y V y del resto, lo que me guste (cada vez mas vapor)

Diseños 3D

https://www.facebook.com/3DTren


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Felicidades. Un proyecto enorme con resultados tangibles ya.

Germán, quería preguntarte cuánto es el consumo final por coche. ¿Mantienes los datos del otro hilo en el que especificabas un máximo en torno a 30 mA?

Saludos
Carrington, deseando que Germán haga una encuesta entre los Preisermanes sobre su iluminación
Al parecer, talibán de la explotación ferroviaria a escala. A pesar de eso, me gusta un buen plato de spaghetti. De los de verdad.


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Germán, acabo de ver el maravilloso trabajo de iluminación que has desarrollado:



Es una pasada observar lo realistas que resultan los efectos de apagado y encendido, simulando el parpadeo de los tubos fluorescentes. Tomo nota del mismo y lo añado a mi lista de retos modelísticos; algo muy habitual dado el elevado nivel que alcanzan la mayoría de trabajos expuestos en el Foro :D

Saludos


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Hola,

7700: Gracias por tu comentario amable. Y te pido disculpas, porque omití el señalar que eres en parte "culpable" de algunos de los efectos de este trabajo. Seguiremos exponiendo más trabajos de los que hemos ido estudiando juntos.

Carrington: Gracias; el consumo, sin utilizar las salidas auxiliares, no llegará a los 30 mA:

Consumo LEDs.png
Consumo LEDs.png (597.56 KiB) Visto 4176 veces

Es la placa prototipo con los 30 LEDs iluminados, a través de un puente de diodos. Aquí utilicé resistencias de 110 Ω, las que tenía; en el coche del vídeo son de 100 Ω. Veo un poco baja la iluminación; creo que estaría mejor con resistencias de 91 Ω o de 82 Ω, y en este caso podría subir a unos 25 mA. Creo que es lo mínimo que se puede conseguir (y está en un valor razonable) porque consume algo el regulador, y otros 5 mA aproximadamente el microcontrolador; el resto es el responsable de la intensidad luminosa que se quiera en los LEDs.

Ah... y también soy admirador de tus simpáticas coletillas al final de tus comentarios.

GM333: Gracias también. Me alegro de que te guste y también de ver que estas cosas que suelen pasar desapercibidas sirvan para picarnos un poco la curiosidad y así imaginar cómo podrían formar parte de nuestra afición, estimular nuestra imaginación. Y a lo mejor no es tan importante la realización en sí.
Como en esto del mundo digital de los trenes la imaginación es el límite, hace tiempo que vengo pensando en abrir un hilo para comentar estas cosas y 'pedir' aplicaciones a medida, no con el ánimo de inventar nada nuevo ni de dejar de lado nada de lo que hay, sea comercial o no, sino con el fin de que nos sirvan para imaginar como podríamos construir por nosotros mismos sistemas a medida.

No más rollo. Saludos,

Germán


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Rfe7747 escribió:
La solución simple: en serie con la vía de programación se conecta una resistencia para evitar ese pico incial, y asunto resuelto. Su valor, desde unas centenas de ohmios en adelante: he probado con 390 Ω y con varios KΩ y se programa sin error.

Me pregunto si sería viable introducir esa resistencia en el circuito junto al condensador. Creo que es una práctica siempre aconsejable. Yo lo hago en mis dispositivos de alimentación permanente para locomotoras (los "stay alive" de mis viejas 333 Electrotrén). Uso aproximadamente esos ohmios (más bien 470 Ω). Piensa, además, que muchos condensadores en paralelo con la vía arrancando a la vez podrían llegar a plantear un problema incluso cada vez que se enciende la maqueta. ¿O no sería así?
Saludos

[Multimaus + GenLi-S88 + +z21f. + RocRail (MacOsX)]
H0 Renfe, sin catenaria


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Hola Norber,

la resistencia que comentas es exclusivamente para evitar el 'ERROR 1' durante la programación; por lo tanto sería simplemente de 'quita y pon'.

Sobre el otro aspecto, totalmente de acuerdo: alguna vez también he comentado el riesgo de que la central arranque bloqueada por sobrecarga cuando abusamos de los condensadores electrolíticos de elevada capacidad. En tu caso, con supercondensadores es casi imprescindible para limitar su pico de carga inicial.

Aprovecho la ocasión y te comento que he hecho bastantes pruebas para tratar de meter esos supercondensadores (0'47F) en nuestros coches, y al final casi lo he desestimado porque:
- si el consumo es bajo, no terminan de apagarse nunca.
- si su capacidad es grande, el tiempo que están cargándose es largo y 'tiran' de la fuente un buen rato, mucho más que lo que consume el circuito.
He llegado, sin embargo, a un punto que puede dar juego: utilizando uno sólo de capacidad relativamente baja (he probado con 0'022F = 22000 uF) de 6'5V, se alimenta de los 5V de la salida regulada, luego la corriente de carga ya la limita el 78L05 a unos 100 mA y para un consumo de unos 20 a 30 mA está alimentando dos o tres segundos, resultado que es razonable y que ya he instalado así en el circuito de luces de cola destelleantes de un vagón mercancías en escala N, de mi amigo Antonio.
Esta solución impone el empleo de dos diodos para evitar que el condensador se descargue por la salida del 78L05, que sería peligroso para el regulador, y además se descargaría muy deprisa, perdiendo su utilidad.

Circuito con superC.png
Circuito con superC.png (20.18 KiB) Visto 4064 veces


Gracias por tus comentarios. Saludos,

Germán


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Hola,

ahora que ya tengo internet como en la civilización, puedo subir algún vídeo. Esta es una muestra del funcionamiento automático en función de la velocidad de la locomotora.

La mala calidad se debe a mi desconocimiento y a las condiciones de iluminación baja para la cámara, pero creo que se aprecian los efectos.



Saludos,

Germán


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Refloto este hilo pues creo he perdido la información y los archivos, si los había, de las placas y archivo hex para el Attiny 84 y preguntar a la vez si en vez de un 84 puede valer un 44.
Saludos, gracias y cuidarse Luis.


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Saludos
José

Viva la vía verde


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Gracias, pero ese ya lo tengo y es para el montaje con Attiny 85 el de este post es distinto o eso me parece a mí, he estado revisando el post y no lo veo o no sé si lo publicó.
Saludos y cuidarse Luis.

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