MSGarageDoorRemote (Parte 2): PCB, montaje y demás.

Continuando con el proyecto del mando para garaje, en esta última parte se verá la placa de circuito impreso (PCB), las cajas que se han impreso para albergar las placas, el proceso de soldadura que se ha utilizado, las pruebas que se han realizado para comprobar su funcionamiento, el montaje final y, como añadido, una versión reducida del mando que se realizó a petición de un familiar.

PCB

La placa de circuito se ha diseñado en Kicad, y todos los archivos y librerías de componentes y símbolos están en el repositorio.  

Se han asignado componentes 3D a los elementos para poder crear la placa en 3 dimensiones y después exportar al software CAD para el diseño de las cajas.

PCB del mando (frontal).

PCB del mando (trasera).

PCB de la unidad del motor (frontal).

PCB de la unidad del motor (trasera).

Cajas

Con la placa 3D importada en FreeCAD se han diseñado las cajas, una para el mando y otra para la unidad del motor.

Para el mando.

Para la unidad del motor.

Y se han impreso en 3D.

Impresión terminada.

Para el mando.

Mando terminado.

Unidad para el motor (terminada).

Soldadura

Para la soldadura de los componentes electrónicos en la PCB se ha utilizado aire caliente y un precalentador para evitar el shock térmico, especialmente en los condensadores cerámicos multicapa.

Componentes con estaño en pasta.

Precalentando la PCB.

Placa del mando soldada.

Placa de la unidad del motor soldada (frontal).

Placa de la unidad del motor soldada (trasera).

Pruebas

Una vez soldadas y montadas, se realizan las pruebas para comprobar el funcionamiento.

Probando el funcionamiento del relé.

Para las pruebas de la unidad del motor, se ha utilizado voltaje alterno (AC) mediante un transformador de aislación y un Variac para bajar los 240 V a 12 V. Para más información sobre seguridad eléctrica consultar mi post anterior.

Probando la unidad del motor a máximo voltaje (24 Vac).

Durante el planteamiento inicial y una vez elegidos los componentes, se calculó a groso modo el consumo de las placas. Para ello se consultaron los datasheets de los componentes:

• Memoria externa M24C64: En lectura 0.8 mA, Standby 1µA.
• Conversor DC-DC TPS613221A: Standby 6.5 µA y con una eficiencia del
• 80 % a 100 mA
• 85%  entre  1 y 50 mA
• 80%  a 100 µA. 

• RFM69HW: a 5 dBm menos de 30 mA, en recepción 16 mA y en sleep 1µA.
• Atmega 328P a 8 Mhz: activo unos 10 mA y en power save 1µA.

Si sumamos todos los consumos en standby nos da unos 9.5 µA con un 80% de eficiencia serían aproximadamente unos 11.4 µA.

El máximo consumo con el módulo inalámbrico transmitiendo serían unos 40.8 mA que con un 85% de eficiencia serian unos 46.92 mA, más los 3 mA del led darían unos 50 mA aproximadamente.

Midiendo consumo máximo.

Con la unidad del motor apagada el mando envía la petición continuamente, dando lugar al máximo consumo.

Mando transmitiendo con unidad del motor apagada.

Consumo 54mA.

Si hacemos zoom en el multímetro de la imagen anterior vemos como el consumo real total de media es de 54 mA.

Intentando medir el consumo en standby.

Una vez conectada la unidad del motor, la transmisión se realiza rápidamente y el mando pasa a standby.

El multímetro indica 0 mA.

Como se ve en la imagen, el mando consume menos de 1mA en standby. Y no se ha podido poner el multímetro en la escala de µA o mA, sino en la de 10A dado que en los otros modos la resistencia interna utilizada por el multímetro hace caer el voltaje por debajo de 1V, y todos los componentes dejan de funcionar.

Esto es conocido como Burden voltage. Y para poder medir el consumo en µA de un micro o componente que trabajan a tan poco voltaje hace falta un dispositivo especial con una resistencia muy baja, como es el caso del µCurrent de Dave Jones o el Current Ranger de Felix Rusu.

Se realiza la comunicación rápidamente y se entra en standby.

Este consumo en standby se produce al terminar la transmisión y mientras se sigue pulsando el botón, y dado que éste conecta directamente la alimentación de la pila, al soltarlo el consumo es 0.

Montaje de la unidad del motor

Electrónica de un motor de puerta.

La foto de arriba pertenece a la puerta de garaje con el motor más antiguo. Se ha quitado las conexiones de la parte inalámbrica para que no funcione con los mandos anteriores  y se ha colocado la nueva unidad.

Nueva unidad para el motor instalada.

La nueva unidad va alimentada con corriente AC proveniente de la electrónica antigua, y el relé va conectado en paralelo con la llave/interruptor de pared para accionar la puerta desde el interior.

Versión "mini"

Un familiar me pidió una versión más pequeña del mando para poder llevarla en los pantalones cuando utiliza la moto. Ya que la versión anterior es más grande y no muy robusta en cuanto a su caja impresa en 3D. Esto no era problema en un principio ya que el mando estaba siempre en el coche.

Con lo que para esta variante del mando se utilizó la placa que hay disponible en el repositorio y se le despojó de todos los componentes relacionados con la unidad del motor, tratando de reducir el tamaño lo máximo posible.

Versión "mini" (frontal).

Como se puede observar en la imagen superior, la PCB es bastante más pequeña que la versión anterior, de hecho es un poco más pequeña que la del mando original y se han reutilizado los espadines del mando original para la pila.

Versión "mini" (trasera).

La nueva pila utilizada no es la típica de 12V que suelen llevar los mandos para garaje (23AE). Ya que primero, la electrónica de la versión anterior funciona con una AAA (1.5V) y segundo, aunque se cambiara el conversor DC-DC para bajar el voltaje, estas pilas tienen muy poca capacidad y tampoco pueden suministrar la corriente necesaria.

Utilizando la carga electrónica con una de estas pilas de 12V, y exigiéndole 50 mA, el voltaje cae a 0 V. Por ello se ha utilizado una pila N/LR1 de Duracell, ya que es de 1.5V y su tamaño es igual a las 23AE salvo por 1mm más de diámetro.

Curva de descarga (N/LR1).

Y como se puede ver el la curva de descarga del fabricante, puede suministrar hasta 300 mA aproximadamente si fuera necesario (I= V/R, I= 1.5V / 5.1 Ohm, I= 294 mA) contando con que la batería esté a plena carga.

El conversor DC-DC puede funcionar hasta con 0.9V, en cuyo caso la corriente sería de unos 176 mA. Obviando las pérdidas, sigue teniendo bastante margen hasta los 54 mA que consume durante la transmisión o picos puntuales que no se han podido medir.

PCB en la nueva caja impresa en 3D.

En la imagen superior se puede ver la nueva caja, esta vez mucho más compacta y resistente. El grosor de las paredes es de 3mm y en vez de estar impresa en PLA como la anterior, se ha utilizado PETG. También se ha reutilizado el botón amarillo y el difusor de luz para el led del mando original. Y va fijada mediante un tornillo para plástico que rosca directamente.

Mando "mini" (parte superior).

Mando "mini" ¡terminado!.

Espero que haya gustado este nuevo proyecto, y que pueda servir de inspiración o base para otras personas. Recordando una vez más que toda la documentación técnica y firmwares se encuentran en el repositorio.