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.
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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
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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.
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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
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