Actualmente en el mercado nos encontramos con multitud de dispositivos para coche que hacen infinidad de cosas distintas, todas ellas a partir de tensión del coche 12V. En iluminación nos encontramos con muchos dispositivos como bombillas, tiras de leds, girofaros, todos ellos con opción de conectarse a 12V DC. En la industria, la tensión de seguridad para indicación y control son 12V. En el mercado doméstico: electrocerraduras, zumbadores e infinidad de cosas de acampada. Parece lógico que necesitemos una placa que nos permita enchufar cosas a 12V para poder controlarlas, como no con nuestro microcontrolador.

Esta placa está intensamente probada con tiras de LEDs y cerrojos electrónicos. Más abajo tenemos un par de videos para que veáis su funcionamiento.

¿Qué es un actuador lineal?

Es un dispositivo que utiliza el principio de funcionamiento del electroiman para conseguir un movimiento lineal. Hay quien los llama motores lineales, pero no parece un nombre muy acertado. Su estructura consiste, simplemente, en una bobina de muchas vueltas, para aumentar la impedancia y reducir el consumo, y en su interior, un vástago metálico. Al hacer pasar por esta bobina una corriente continua el vástago se ve atraído por el campo magnético generado en el interior de está, produciendo un movimiento lineal. El hecho de que esté formado por bobinas y con él se consiga movimiento son los motivos por los que a veces se les llama motores lineales, un nombre no demasiado apropiado desde nuestro punto de vista.

Como habéis observado en muy similar al comportamiento de un altavoz. Éstos funcionan con variaciones de la tensión y no con una fija. Ver articulo del buzzer.

Una ventosa magnética se comporta al igual que un actuador lineal con la salvedad de que, en este caso, no se consigue movimiento sino que se trasmite el magnetismo generado para atraer metales.

Comercialmente nos encontramos múltiples configuraciones tanto de ventosa como de actuador lineal. Puede atraer en reposo y al dar tensión soltar o al revés. Lo mismo pasa con los actuadores: pueden estar salidos y recogerse al polarizarse o a la inversa. Normalmente suelen tener muelles para alcanzar la posición de reposo, pero también existen actuadores bidireccionales, que se deben alimentar tanto para sacar el vástago como para retraerlo.

Foto 1: actuador lineal electromagnético

Estos principios son los que siguen también las electrocerraduras, como las de los portales, salvo que en este caso llevan muchos más muelles y palancas para conseguir que se comporten como se desea.

De todos estos dispositivos podéis ver mucho más en la página web de Nafsa.

¿Qué es una tira de LEDs?

En el artículo de outputs ya vimos como polarizar un LED. Una tira de LEDs es mucho más sencilla de usar. Se trata de LEDs colocados a lo largo de una cinta flexible con pistas. Suelen venir en dos tensiones distintas. 230V AC para conectar directamente a la red eléctrica o de 12V DC para conectar directamente a una fuente de alimentación o a una batería que dé esa tensión. En la propia tira, además del LED soldado, incorporan los dispositivos protectores necesarios como las resistencias limitadoras y los diodos en caso de tiras de 230V. Así nos evitamos todo el engorro de calcular resistencias y montarlas nosotros. Ya viene con el dispositivo y se vuelven muy fáciles de usar. Las suele haber de colores y con distintos acabados: rígidas, para intemperie e incluso para meter en piscinas (estas últimas siempre a 12V). Cada cierto tiempo la cinta trae unas marcas, indicando el lugar por donde pueden cortarse (normalmente múltiplos de 5cm). En el caso de equivocación sólo se pierde un tramo que no funcionará.

Foto 2: tira de LEDs

Describamos un poco la placa

Se trata de realizar un amplificador que trabaje en corte y saturación. En este caso usamos tecnología MOSFET por varios motivos.

El primero de ellos es que en caso de usar un Darlington o un array de Darlingtons, como en el integrado ULN2003, en estos cae mucha tensión. Aunque 12V dá mucho más juego que los 5V habituales a los que trabaja los microcontroladores, con la experiencia y el citado array de transistores hemos observado que en el Darlington caen casi 2V suponiendo alrededor del 10% de la tensión. En este momento si nos paramos a leer las hojas de características de muchos dispositivos su margen de error en su tensión de alimentación es de alrededor del 10%, encontrándonos en la frontera. Como haya alguno que saliera un poco mal de fábrica o caiga un poco más de tensión en los transistores, puede llegar a no funcionar. Esto nos sucedió en su día con los actuadores lineales. Las bobinas, al calentarse, demandan más corriente para funcionar. Al mismo tiempo en los Darlington, según se calientan, cae más tensión. Por lo tanto es fácil de que esta forma falle. Aunque en principio parecía una buena idea usar un ULN2003, tuvimos que descartarla en los primeros prototipos.

En los MOSFETs cae mucha menos tensión, por lo que el fallo descrito anteriormente no se produce, ya que el calentamiento de los dispositivos es menor.

También son mucho más rápidos que los transistores, lo que nos va a dar mucha versatilidad, ya que gracias a ellos vamos a poder, mediante un PWM para regular la energía entregada. Esto nos va a permitir hacer por ejemplo en el caso de las tiras de leds reducir la luminosidad.

Para los que hayáis leído los artículos de control de motores, esta paca también valdría para controlar motores paso a paso unipolares. Como su primer uso fue el de controlar los actuadores lineales de partida se incorporaron los diodos de freewheeling.

También incorporamos un terminal test y un pulsador situado junto con la tensión de alimentación de 12V. Para poder realizar un test de las placas para provocar que todas las salidas se pongan a nivel alto sin usar la electrónica.

Foto 3: Placa terminada

Demostraciones

En el video se ve una demostración de cómo, con esta placa, podemos controlar tiras de led RGB para conseguir efectos muy graciosos para los guateques de los más peques y por qué no, para hacer alguna fiesta los mayores, también.