Editando Cronometro (sección)

= Circuito =
<br>
<gallery widths=300px mode="traditional">
Image:Crono_CircuitoCronometro.jpg |PCB F.A./Shield/Rele
Image: circuito_cronometro_tapa.png |PCB Tapa
</gallery>
<br>
== General ==
== Fuente Alimentación ==
Diseñar una fuente de alimentación para alimentar un arduino a 12V y 500mA. Colocar un fusible en el primario y un interruptor que corte la corriente del primario.<br>
El transformador que he encontrado es de 400 y pico mA [http://www.ondaradio.es/producto/412005-r-crovisa-trafo-encapsulado-12v-5va-20a42-010105-15459.aspx Crovisa 12V 5VA]<br>
<br/>
=== Fusible ===
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El fusible se puede poner en el circuito primario o el secundario. En mi caso lo pondré en el primario y para ello necesito calcular la corriente máxima que circulará por el primario.<br>
<br>
Sabemos la corriente que irá por el secundario y la fórmula que relaciona ambas corrientes es:<br>
<math> V_{pri} \cdot I_{pri} = V_{sec} \cdot I_{sec}</math><br>
<br>
Hay que tener en cuenta que hay una pérdida de poténcia de un 60% del primario al secundario, solo es efectivo un 40% de la energia que transforma:<br>
<math>V_{pri} \cdot I_{pri} \cdot 40% = V_{sec} \cdot I_{sec}</math><br>
<br>
Aqui despejamos:<br>
<math>I_{pri} = \frac{V_{sec} \cdot I{sec} \cdot 1.4}{V_{pri}} = \frac {12 \cdot 0.416 \cdot 1.4}{230} = 30 mA</math><br>
<br>
En las [http://www.crovisa.com/espanol/ncpde5.htm hojas de especificaciones] nos dicen que la corriente del primario es de 36mA, así que utilizaremos un fusible de ese valor o superior.<br>
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=== Elección Transformador ===
<br>
Voy a necesitar un transformador que el secundario tenga como mínimo el voltaje que alimentará al Arduino (9V) más 3V que es lo que va a caer en el regulador de tensión (7809).<br>
<math>V_{arduino} + V_{reg} = 9 + 3 = 12V </math><br>
<br>
Los 12V son en valor eficaz, lo que significa que una vez pasados a valor de pico voy a tener:<br>
<math>V_{p} = V_{ef} \cdot \sqrt(2) = 16.97V </math><br>
<br>
Como en el puente rectificador va a caer voltaje:<br>
<math>V_{p} - 1.4V = 15.57 V</math><br>
<br>
Este será el voltaje que tendré a la entrada del regulador, y como se ve va de sobras para que en el regulador caigan 3V.<br>
<br>
Por lo tanto utilizaré un transformador de 230V en el primario y 12V en el secundario. He escogido un transformador de [http://www.ondaradio.es/producto/412005-r-crovisa-trafo-encapsulado-12v-5va-20a42-010105-15459.aspx Crovisa 12V 5VA]<br>
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=== Elección Puente Rectificador ===
<br>
Al elegir el puente rectificador tenemos que tener en cuenta la corriente que puede aguantar en conducción y el voltaje que puede aguantar en corte. Como hemos visto en el apartado del transformador tendremos una tensión máxima de unos 17V y la corriente que nos suministrará el transformador es de unos 400mA.<br>
También hay que tener en cuenta la corriente que circulará por el condesador que hace de filtro durante la carga. Este efecto está explicado en un apartado de la entrada [[Fuente_Alimentaci%C3%B3n#Efecto_del_condensador_en_la_conducci.C3.B3n_del_diodo_rectificador | Efecto del condensador en la conducción del diodo rectificador]] y en [[Fuente_Alimentación#Corriente_Inicial | Corriente Inicial]].<br>
<br>
[[File:corriente_tension_condensador.png | 500px]]<br>
<br>
En esta imagen se ve en la linea verde la tensión que tiene el condensador con un rizado del 10% de la tensión máxima y la linea roja es la corriente que pasa por el condensador para cargarse. El primer pico que se ve es de 14A (el condensador es un corto circuito y se intenta cargar en el menor tiempo posible, así que pasa la máxima corriente). Los siguientes picos son de unos 4.3A.<br>
<br>
El puente rectificador debe poder aguantar unos 14A (mejor más por seguridad) durante un periodo de 6ms como mínimo (es lo que dura el pulso).<br>
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El modelo de puente es el [http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheets/134/369679_DS.pdf W08M]. Aguanta una corriente directa de 1.5A, suficiente para nuestros 417mA y un voltaje en inversa 800V. También encontramos el dato de aguanta 50A en picos de 8.3ms, en principio suficiente para aguantar los picos que vemos en la imagen superior.<br>
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=== Cálculos Condensador Filtrado ===
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En la sección [[Fuente_Alimentaci%C3%B3n#Uso_pr.C3.A1ctico | Uso práctico]] del Filtro de la entrada [[Fuente_Alimentaci%C3%B3n | Fuente de Alimentación]] comento la regla práctica de 1000uF por cada amperio de corriente en la salida.<br>
En este caso tendré unos 400mA como máximo a la salida, por lo tanto escogeré un condensador de 470uF (que es el valor anterior a 1000uF).<br>
También colocaré los condensadores que comenta el usuario Fogonazo en el [http://www.forosdeelectronica.com/f21/reguladores-voltaje-78xx-practica-15214/ forosdeelectronica.com] con los valores de C2 - 100nF, C3 - 100nF y C4 - uF.<br>
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=== Elección Regulador de Tensión ===
<br/>
Necesito un regulador de tensión que entre 9V en la salida y que aguante unos 400mA. El [http://pdf.datasheetcatalog.net/datasheet_pdf/contek-microelectronics/LM7805_to_LM7824.pdf 7809] es un regulador de estas características.<br>
<br/>

=== Circuito Proteus ===
Para poder simular un transformador de 230V/12V se tiene que utilizar la fórmula <math>L_2 = L_1 \cdot \left (\frac {V_2}{V_1} \right)^2</math><br/>
Fijamos <math>L_1 = 20mH</math> y entonces calculamos:<br/>
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<math>L_2 = 20mH \cdot \left (\frac{12V}{230V}\right)^2 = 54 \mu H</math>

== Relé ==
<br>
El relé se encargará de encender la carga conectada (una bombilla, insoladora, ...). Utilizaré un relé [http://gfinder.findernet.com//assets/Series/355/S32ES.pdf Serie 32 - Mini-relé para circuito impreso] de 6A para poder conectar como máximo <math>230V \cdot 6A = 1380 W</math>.<br>
Debido a que necesito 40mA para poder activar el relé y la salida de un pin de Arduino entrega justo 40mA me quedo corto de corriente (además quiero encender un led cuando se encienda el relé y consume unos 10mA). Utilizaré un transistor controlado por el arduino para commutar el relé. El circuito que resulta está explicado en la sección [[Circuito_Relé | Circuito Relé]].<br>
Voy a usar la fuente de 5V que provee el Arduino Leonardo para activar el relé. En cada pin el Arduino Leonardo entrega 5V y 40mA como máximo, pero en el pin de alimentación de 5V tengo más corriente.<br>
<br>
=== Calculo resistencia base ===
Utilizando la teoria del apartado [[Circuito_Relé | Circuito Relé]] calcularé la resistencia de base.<br>
<br>
<math>I_C = I_{Rele} + I_{Led} = \frac{V_{Rele}}{R_{Rele}} + I_{Led} = \frac{5}{125} + 15 = 55 mA</math><br>
<br>
<math>R_B = \frac {(V_{Control}-V_{BE})\cdot \beta}{I_C} = \frac {(5-0.6) \cdot 50}{55} = 4k \Omega</math><br>
<br>
El valor normalizado es <math>3k9 \Omega</math><br>
<br>
Según la fórmula de arriba podemos sacar la corriente que pasará por el relé:<br>
<br>
<math>I_{Rele} = \frac {V_{Rele}}{R_{Rele}} = \frac {5}{125} = 40mA</math><br>
<br>
La <math>I_B</math> la calcularemos a través de la relación de corrientes del transistor:<br>
<br>
<math>I_C = \beta \cdot I_B \rightarrow I_B = \frac{I_C}{\beta} = \frac {55mA}{50} = 1,1 mA</math>
<br>

=== Calculo de la resistencia de masa ===
<br>
La resistencia a masa la pondré como mínimo de <math>39k \Omega</math> o <math>100k \Omega</math>.<br>
<br>

=== Calculo resistencia led ===
<br>
La tensión de trabajo del led rojo es de 1.5v - 2.2v y consume una corriente entre 10mA y 20mA. Para nuestro caso escogeremos una tensión de 2v y corriente de 15mA.<br>
<br>
<math>R_{LED} = \frac {V_{RELE} - V_{LED}} {I_{LED}} = \frac {5 - 2}{0.015} = 200 \Omega</math><br>
<br>
Pondré una resistencia de <math>220 \Omega</math>.<br>
<br>

=== Comparativa Medidas ===
{|class="wikitable" style="text-align:center;"
!
!Calculada
!Medida
|-
|<math>R_{Rele}</math>
|<math>125 \Omega</math>
|<math>64 \Omega</math>
|-
|<math>V_{Rele}</math>
|<math>5 V</math>
|<math>4.4 V</math>
|-
|<math>I_{Rele}</math>
|<math>40 mA</math>
|<math>65 mA</math>
|-
|<math>V_{Led}</math>
|<math>2 V</math>
|<math>2 V</math>
|-
|<math>I_{Led}</math>
|<math>15 mA</math>
|<math>10.5 mA</math>
|-
|<math>R_{Led}</math>
|<math>200 \Omega</math>
|<math>215 \Omega</math>
|-
|<math>I_C</math>
|<math>55 mA</math>
|<math>75.5 mA</math>
|-
|<math>I_B</math>
|<math>1.1 mA</math>
|<math>1.06 mA</math>
|-
|<math>R_B</math>
|<math>4k4 \Omega</math>
|<math>3K6 \Omega</math>
|-
|<math>\beta</math>
|<math>50</math>
|<math>313</math>
|}
== LCD via I2C ==
<br>
Para no gastar tantos pines del Arduino he utilizado el integrado [http://www.nxp.com/documents/data_sheet/PCF8574.pdf PCF8574]. Este integrado es un expansor de 8 bits via i2c. Con esto puedo conectar un LCD via i2c al arduino, ahorrandome 7 puertos del arduino.<br>
En la sección [[Cronometro#Circuito | Circuito]] se ve el esquematico de conexión del LCD al PCF8574. Básicamente utilizo el LCD en el modo de 4 hilos y juntamente con las señales RS, EN y RW las envio por i2c al Arduino.<br>
Para que el Arduino se pueda comunicar con el módulo PCF8574 necesito la libreria Wire.h y utilizar una libreria para controlar el LCD que lo haga a través del i2c, no a través de los pines digitales del arduino.<br>
En la sección [[HD44780U#Comunicaci.C3.B3n_I2C|Comunicación I2C]] de la página HD44780U está explicado más detalladamente como funciona.<br>
<br>

== Archivos Kicad ==
<br>
<b>Shield Arduino</b><br>
[[Media:CronometroShield.pdf|Fotolito Shiel Cronometro]]<br>
[[Media:CronoShieldKicad.7z|Archivos Kicad del Shield Arduino]]<br>
<br>
<b>PCB LCD y botones</b><br>
[[Media:TapaCrono.v1.pdf | Fotolito PCB del LCD y los botones]]<br>
[[Media:CronoLCD.7z|Archivos del PCB del LCD y los botones]]<br>
<br>
<b>imagenes</b><br>
<gallery mode="traditional">
Image:CronometroShieldBack.jpg
Image:CronometroShieldFront.jpg
Image:CronometroShieldMask.jpg
Image:TapaCrono.v1.jpg
</gallery>
<br>