Baliza NeoTeo (DIY)

Una señalización luminosa a partir de diodos LED no es ninguna novedad, aquí en NeoTeo. Sin embargo, en esta oportunidad vamos a sacar la máxima posibilidad de prestaciones, que tenemos a nuestro alcance, partiendo de un sencillo PIC12F675. Esta Baliza NeoTeo tiene múltiples efectos luminosos, gracias a los 32 diodos LEDs que hemos utilizado en su construcción y a la facilidad de uso que presentan los expansores de puertos, como el PCA9554 que ya hemos visto en entregas anteriores (y que puedes solicitarlo gratuitamente). En esta oportunidad, con sólo dos hilos (Bus I2C, SDA y SCL) construiremos una fuente luminosa muy útil y eficaz, en su aplicación como señalización de alerta. Por supuesto, tú puedes reformar este circuito y transformarlo en la fiesta de luz y color que tu imaginación decida.

Los expansores de puertos PCA9554, que trabajan mediante el Bus I2C y permiten a microcontroladores pequeños aumentar el número de pines de entrada y salida de datos, nos ayudarán en esta oportunidad a construir una baliza que puede funcionar con varias fuentes de alimentación. Partiendo de un pequeño microcontrolador PIC 12F675 (4 pines por lado) realizaremos un programa capaz de manipular cuatro expansores (muestras gratis) con 8 LED cada uno y así iluminar en forma individual hasta un máximo de 32 LEDs. El expansor de puertos utilizado no es el más grande del mercado, ni el mejor en su especie; sin embargo, a partir del concepto volcado en el artículo, tú puedes utilizar el que tengas disponible o aquel que sea tu preferido. Todo este montaje está pensado para ser aprovechado en forma móvil y en él hemos dispuesto la posibilidad de alimentación con dos baterías AA, que pueden ser recargables o alcalinas comunes. Como opción alternativa, también hemos incorporado la opción de alimentación desde el encendedor de cigarrillos de coche y para este propósito incorporamos en el circuito un regulador de 3,3Volts – 1Amper (AZ1117).

El diodo D3 (1N5819) es un diodo Schottky que permite la protección de las baterías, al mismo tiempo que ofrece una baja caída de tensión al circuito de alimentación, mientras tiene las baterías colocadas. El uso de este tipo de diodo es muy importante para el caso en que utilicemos baterías recargables ya que, con sólo dos unidades, estaremos al límite de operación de los circuitos integrados. Los ensayos de funcionamiento nos han demostrado una duración muy prolongada de funcionamiento, lo que indica  que su uso en este desarrollo es una buena alternativa energética cuando no se tiene otra disponible. Por supuesto, dos baterías alcalinas alcanzan mayor tensión (3Volts), aunque su duración efectiva puede resultar menor debido a la baja capacidad de corriente que pueden suministrar en forma continua. Aprovechando la mención del consumo de corriente, podemos decir que el mismo no es constante y varía con el encendido de los LED, pero en situaciones de encendido máximo, observamos corrientes aproximadas a los 250mA, esto es, un valor que permite una duración de varias horas para cualquier tipo de baterías.

Puede resultar llamativo y notorio la cantidad de capacitores (o condensadores) en la entrada de 12Volts, pero debes tener en cuenta que trabajaremos en posibles escenarios de mucho ruido eléctrico, el cual debe ser bien absorbido y anulado para disponer de un trabajo confiable del microcontrolador; sin detenciones, ni funcionamientos erráticos. R2 tiene como misión descargar la energía acumulada en los capacitores al quitar la alimentación. Durante los ensayos, descubrimos funcionamientos anómalos al desconectar y volver a encender el equipo y la respuesta estaba en que el microcontrolador no alcanzaba a “apagar” su funcionamiento y no se lograba un RESET efectivo de la unidad. Podrás observar también que, en el firmware del PIC, está contemplado el funcionamiento con el oscilador interno a 4Mhz y el RESET interno, minimizando de esta manera la cantidad de componentes alrededor del 12F675. Tampoco hemos incorporado un interruptor de encendido – apagado a la unidad en virtud que no lo creemos necesario. Si se instala la baliza es porque debe estar en marcha, de lo contrario se la retira y así estimamos que la llave de encendido no es necesaria para esta aplicación. Por supuesto, tú puedes incorporar una en el montaje si lo deseas. Por último, podemos decir que el diodo zener D2 está colocado para asegurar una baja tensión de entrada al regulador AZ1117 y evitar de este modo, el uso de un disipador de calor para su encapsulado.

A partir de esta placa, que es la inicial en “la torre”, se envía al resto de las placas la alimentación y el bus de datos I2C (obtenido por software), en una doble línea construida por sencillos alambres desnudos verticales, aprovechando el tipo de montaje empleado y que todas las placas de los expansores poseen la misma construcción, que sólo varían en el direccionamiento (pines A0, A1 y A2) con su conexión a GND o a Vcc. Como te expresamos antes, estas placas poseen este montaje particular en función de que la idea original es su aplicación como baliza de señalización, pero reiteramos que esto es sólo un concepto, tú puedes reformar este desarrollo y transformarlo en cualquier otra aplicación útil, recordando que con los tres pines de direccionamiento (si utilizas el mismo expansor de puertos) puedes construir una matriz de 7 grupos de 8 LEDs, es decir, puedes trabajar hasta con 56 LEDs en forma individual.

El circuito alrededor de cada PCA9554 es muy simple y sólo requiere de la alimentación adecuada, dos resistencias de 10K para las líneas SDA y SCL del Bus I2C y entre las 4 placas (todas en paralelo) se logra una resistencia resultante de 2,5K por línea para polarizar estos pines. Este valor es adecuado al trabajar con baterías recargables (baja tensión de alimentación). Por su parte, la resistencia seleccionada para las conexiones de salida, en nuestro caso nos brinda una corriente segura de 18mA por LED, trabajando a 3,3Volts. A menor tensión, en el caso de las baterías, la corriente disminuirá y con ella lo hará el brillo de los LEDs, pero a pesar de esto el desempeño de la unidad se mantiene en un nivel muy útil, con una iluminación brillante.

El resto es imaginación para el armado y montaje de esta aplicación u otra que decidas realizar a partir de este concepto de expansión de puertos. En nuestro caso, los tiempos de ejecución no mostraron inconvenientes a pesar de trabajar con sólo 4Mhz de reloj en el microcontrolador. Uno de los posibles inconvenientes que esperábamos detectar era algún tipo de parpadeo o un funcionamiento entrecortado, al sumar la baja frecuencia de reloj con los tiempos de ejecución de las instrucciones de encendido y apagado de los LEDs, sin embargo, esto fue algo que no sucedió. De todos modos, para aplicaciones que requieran una alta tasa de refresco (por ejemplo, una matriz más grande) quizás debas incorporar un cristal externo de 20Mhz acoplado al 12F675 o algún tipo de microcontrolador que pueda funcionar a mayor frecuencia. Para todos estos cambios, es probable que sea una buena idea trabajar con 5Volts en la alimentación a los LEDs.

Para el coche, para un letrero publicitario, para una señalización vial, para indicar una zona peligrosa en la noche y para muchas aplicaciones más, esta Baliza NeoTeo puede resultar de gran ayuda por su portabilidad y su posibilidad de alimentarse desde varias fuentes de tensión. Recuerda que los PCA9554 utilizados en este montaje son muestras gratis que tú puedes solicitar a Texas Instruments. ¿Ya tienes pensado cómo construirás tu baliza?