17 Gennaio 2017

Visto che a volte mi chiedono cosa fare per controllare la velocità dei modelli con motori elettrici, mi sono dedicato un po' al problema.

Ho costruito alcuni prototipi con varie caratteristiche, tutti montati in un contenitore metallico per dissipare il calore generato.

Mi sono reso conto però che il montaggio era laborioso e quindi ho cercato una soluzione il più semplice possibile, utilizzando componenti

di ultima generazione che hanno permesso di ridurre drasticamente la generazione di calore, eliminando quasi del tutto i dissipatori.

Dal prototipo ho poi ricavato il circuito stampato a 4 strati ed il risultato mi sembra buono.

DESCRIZIONE 

Il sistema di controllo chopper FFCHOPPER è costituito dalla scheda FFCHOPPER-V2, alimentata da una
batteria 12V, alla quale sono connessi uno o più motori per un assorbimento massimo di 100A.
Un sensore di velocità costituito da un sensore ad effetto Hall collegato alla scheda e da un piccolo magnete
collegato ad una ruota permette di rilevare la velocità del locomotore.
Il tutto è controllato da un piccolo quadro di comando connesso alla scheda tramite un cavo piatto da 15 poli.
Il quadro di comando permette la selezione del senso di marcia, la frenatura tramite il pulsante FRENO ed il
comando di eventuali accessori quali fischio, tromba o altro tramite due pulsanti posti ai lati; un display LCD
a due righe di 16 caratteri alfanumerici permette la visualizzazione dei comandi e delle misure, nonché la
taratura e l’impostazione dei parametri.

SPECIFICHE
• Alimentazione: 11-14Vcc
• Corrente massima d’uscita: 100A (70A continui)
• Relè di potenza per inserimento alimentazione con protezione contro l’inversione delle polarità della
   batteria
• Protezione massima corrente impostabile 0-100A
• Potenziometro per la regolazione della velocità con tempo rampa di limitazione dell’accelerazione
    impostabile (1”-15”)
• Selezione direzione (AVANTI – STOP – INDIETRO)
• Frenatura tramite pulsante FRENO, impostabile 0-100%
• Limite di velocità massima impostabile tra 30% e 100% del valore massimo
• Diametro ruota, per il calcolo della velocità, impostabile(40-150 mm con risoluzione 0,1 mm)
• Misura della tensione e della corrente con calcolo della potenza
• N. 2 pulsanti per comandi ausiliari
• Display LCD con visualizzazione di:
   ◦ Velocità km/h
   ◦ Tensione
   ◦ Corrente
   ◦ Potenza
   ◦ Stati ed allarmi
   ◦ Parametri impostati
• Possibilità di espansione di ingressi/uscite per futuri sviluppi

COMANDI
• Interruttore ON/OFF (comanda il relè di potenza sulla scheda)
• Selettore direzione (AVANTI – STOP – INDIETRO). Se si sta procedendo in una direzione e si
   inverte, ad es. da AVANTI si commuta il comando su INDIETRO, sul display appare la scritta ZV che
   significa che bisogna azzerare la velocità. Solo dopo che si è portato il potenziometro di regolazione
   della velocità a zero e che il locomotore è praticamente fermo, la scritta ZV scompare e sul display al
   posto di AVAN appare INDI.
   Se si ruota velocemente il potenziometro di regolazione della velocità, le velocità aumenta secondo
   la massima rampa di accelerazione programmata, mentre diminuisce seguendo la corsa del
   potenziometro (la rampa è seguita solo durante l’accelerazione).
• Il valore di fine corsa del potenziometro di controllo della velocità è impostato secondo il parametro
   “Velocità massima” .
• Se durante la corsa si preme il pulsante FRENO e si tiene premuto, il potenziometro di regolazione
   della velocità diventa la regolazione della frenatura, ma con comando invertito: si ha cioè la minima
   frenatura col potenziometroa fine corsa e la massima frenatura col potenziometro a zero; ruotando il
   potenziometro (sempre tenendo premuto il pulsante FRENO) si può dosare la frenatura. Rilasciando
   il pulsante FRENO, il comando di velocità riprende dal punto in cui si trova il potenziometro di
   regolazione della velocità. La massima frenatura ottenibile corrisponde a quella impostata .
• Se durante il funzionamento la corrente supera anche per un breve istante la corrente di allarme
   impostata, il comando ai motori viene interrotto, come pure la frenatura, e sul display
   appare la scritta ALL. .In tal caso bisogna riportare il selettore su STOP, il potenziometro di
   regolazione della velocità a zero e fermare il locomotore. La scritta di allarme scompare
   automaticamente. Eventualmente reimpostare la corrente di allarme su un valore un po’ più elevato.
• Premendo il pulsante FRENO col selettore di direzione in posizione di STOP, sul display appare la
   versione software utilizzata
• Pulsanti AUX1 e AUX2 posti ai lati del quadro di comando. Possono comandare due relè fino ad una
   corrente massima totale di 0,5 A. Il resistore Rfusibile (1Ω 0,25 W) sulla scheda FFCHOPPER-V2 fa
   da fusibile

Ecco alcune foto della scheda, della scatola di comando e del display:

La seconda foto mostra i 4 bulloni M5 per la connessione della batteria e dei motori.

Quello che segue è lo schema generale per il cablaggio del sistema:

I due relè sono opzionali e sono azionati dai due pulsanti posti ai lati della scatola di comando. Servono per azionare suoni o altri dispositivi.

Per quanto riguarda i suoni ci sto lavorando sopra.....a presto!

29 Maggio 2017

Ho fatto diverse prove per trovare una soluzione semplice e di basso costo per risolvere il problema dei suoni.

Ho realizzato dei circuiti che davano sì dei risultati, ma non del tutto soddisfacenti per quanto riguarda le prestazioni e la qualità del suono.

Alla fine ho scelto dei moduli audio facilmente reperibili in rete e che utilizzano per la registrazione dei suoni una microSD card di capacità max di 1GB.

Se si tien conto che il suono campionato a 8 khz con risoluzione 16 bit occupa circa 1MB ogni minuto, ne consegue che ad esempio una microSD card

da 128 MB può contenere suoni fino ad un totale di 128 minuti!

La SCHEDA SUONI che ho realizzato contiene due microSD card, una per i suoni base attivati automaticamente ed una per gli altri 8 suoni comandati

da interruttori e/o pulsanti.

Suoni base
La SCHEDA FFCHOPPER-V2 invia automaticamente dei comandi alla SCHEDA SUONI in concomitanza
di:
• accensione
• partenza (comandi AVANTI o INDIETRO)
• fermata (comando STOP)
• frenatura (se il sensore di velocità rileva che il mezzo è in movimento)
Tali comandi attivano dei suoni che sono registrati sulla microSD card con le modalità che seguono.
I suoni registrati devono essere su file audio di formato .wav
I suoni vanno elaborati con un opportuno programma; in questo caso ho ulilizzato il programma “WavePad
Audio Editor” che è scaricabile gratuitamente per uso personale.
I suoni alla fine devono essere del formato xxxx.wav (xxxx è un numero a 4 cifre) campionato a 16 kHz, 8
bit, normalizzati per 0 dbm di picco ed equalizzati a 10 kHz.
Il modulo audio non prevede il loop dei suoni e quindi la durata dei singoli suoni deve essere adeguata,
concatenando il campione di suono fino alla durata necessaria. Con le caratteristiche di campionamento
richieste, il suono occupa circa 1 Mb di memoria ogni minuto di durata. Il modulo audio accetta microSD
card di capacità max 1 Gb . Non tutti i tipi sono compatibili, da prove fatte il tipo SDHC crea dei problemi.
I suoni utilizzati per le prove sono:

1. ACCENSIONE (file 0000.wav) Comprende il suono di accensione del motore più il suono del
    motore in posizione di folle. Durata circa 15 minuti (prevedendo che non trascorrano più di 15
    minuti tra l’accensione e la partenza. In caso contrario il suono cessa, ma poi riprende al prossimo
    comando).
    Il suono inizia all’accensione della scatola di controllo.
2. PARTENZA (file 0001.wav) Comprende il suono di accelerazione del motore più il suono del motore
    in corsa. Durata circa 22 minuti (prevedendo che non trascorrano più di 22 minuti tra la partenza ed
    un altro comando, come ad es. la frenatura o lo stop). Il suono inizia quando sulla scatola di
    controllo si sposta il commutatore dalla posizione di STOP in posizione AVANTI o INDIETRO.
3. FERMATA (file 0002.wav) Comprende il suono di decelerazione del motore più il suono del motore
    in folle. Durata circa 22 minuti (prevedendo che non trascorrano più di 22 minuti tra la fermata edun altro comando). Il suono inizia

     quando sulla scatola di controllo si sposta il commutatore dalla posizione di AVANTI o INDIETRO alla posizione STOP.
4. FRENATURA (file 0006.wav) Comprende il suono dello stridio dei freni miscelato col suono del
    motore in corsa. La miscelazione si ottiene sommando i due suoni col programma di elaborazione
    audio visto sopra. Durata circa 2 minuti (prevedendo che la frenatura duri meno di 2 minuti!). A fine
    frenatura viene attivato il suono CORSA (v. qui di seguito).
5. CORSA (file 0005.wav) Comprende il suono del motore in corsa. Durata 22 minuti.

I suoni sopre descritti possono essere variati a piacere, ferma restando la funzione degli stessi, legata a
punti specifici del funzionamento.
I nomi dei file sono fissi e devono essere quelli riportati nei punti precedenti.

8 Suoni
Come si è visto in precedenza, nel secondo modulo audio si può inserire una microSD card simile a quella
utilizzata per i Suoni base.
Nella scheda si possono registrare fino a 8 suoni, con l’obbligo di utilizzare i nomi dei file che vanno da
0000.wav a 0007.wav
Il comando SUONO-xy fa partire il suono 00xy.wav che dura finché dura il comando o finché il suono cessa.
L’elaborazione e la registrazione dei suoni avviene come descritto per i Suoni base.

L'immagine seguente mostra come cablare la SCHEDA SUONI. I due amplificatori sono utilizzati in alternativa,

quello singolo è collegato all'uscita del miscelatore dei due suoni. I due suoni hanno una regolazione separata.

(Cliccando sull'immagine si apre quella più dettagliata)

Mi è venuta poi la voglia di eliminare il cavo tra la scheda di potenza e la scatola di controllo.

Alla fine delle innumerevoli prove è uscito un sistema che ho denominato BTFFCHOP nel quale il collegamento tra la scheda di

potenza e la scatola di controllo è effettuato tramite un collegamento radio BlueTooth (come quello usato per scambiare dati tra

cellulari vicini) o in alternativa tramite un collegamento seriale su un cavetto USB.

Nel caso di collegamento BlueTooth la scatola di controllo è provvista di alimentazione autonoma.

Il sistema BTFFCHOP è simile al sistema FFCHOPPER sviluppato in precedenza, ma in più ha 16 comandi (al posto dei 2 precedenti).

Il collegamento BlueTooth avviene esclusivamente tra scheda e scatola di controllo; entrambe sono identificate da un indirizzo

esclusivo che viene riconosciuto all'accensione e che esclude la possibilità di comandi errati.

In caso di problemi di connessione la scheda di potenza si pone immediatamente sulla posizione di STOP spegnendo i motori.

Le due immagini che seguono mostrano la scatola di controllo ed il sistema di potenza con tutte le espansioni possibili:

BT-COMANDI+SUONI

Ed infine l'ultimo "prodotto", la scheda BT-COMANDI+SUONI che viene comandata tramite un'applicazione installata nel cellulare.

La scheda utilizza il modulo audio già descritto in precedenza e può comandare 8 uscite di potenza.

INTRODUZIONE
Il sistema di controllo chopper BT-COMANDI+SUONI è costituito dalla scheda BT-COMANDI+SUONI,
alimentata da una batteria 12V, sulla quale è montato il modulo BlueTooth HC-06.
Il tutto è controllato da un cellulare con sistema operativo Android, sul quale è installata l’App “Bluetooth
Controller”, scaricabile gratuitamente e che si presenta così:

I tasti numerati da 1 a 9 possono essere riprogrammati per indicare il comando da trasmettere e per associare al tasto la stringa di caratteri che
verrà trasmessa alla scheda e da questa interpretata per eseguire il comando.
E’ possibile inviare comandi di tipo ON/OFF, attivare suoni e verificare lo stato di contatti.
La scheda BT-COMANDI+SUONI è alimentata a 12 Vcc (11-14 Vcc) e può comandare direttamente dei relè o altri carichi

INSTALLAZIONE
Seguire lo schema del disegno “ BT-COMANDI+SUONI Cablaggio generale”.

La scheda BT-COMANDI+SUONI ha 8 uscite ausiliarie, marcate da OUT-1 a OUT-8. Ogni uscita agisce come un interruttore che chiude

verso GND un carico.
Collegare il piedino prescelto OUT-x ad un capo del carico (ad es. un relè), mentre l’altro capo del carico va
collegato alla tensione di alimentazione (ad es. +12 V).
Il piedino OUT-COM va collegato alla tensione di alimentazione dei carichi (ad es. +12 V), solo se tutte le
uscite comandano carichi che utilizzano la stessa tensione di alimentazione. In caso contrario lasciare
sconnesso il piedino OUT-COM ed utilizzare diodi soppressori esterni (v. esempi sullo schema).
Le uscite OUT-x della scheda BT-COMANDI+SUONI sono del tipo “Darlington open collector” e possono
comandare carichi con tensione max di 50 V e corrente max di 0,5 A; fare attenzione però alla massima
dissipazione tollerata dal chip (consultare il datasheet dell’integrato ULN2803A).
La scheda BT-COMANDI+SUONI è provvista di due uscite audio: la prima pilota direttamente un altoparlante
(impedenza da 4 a 8 ohm) qualora non serva un elevato livello del suono , la seconda fornisce l’uscita audio
per l’utilizzo con un amplificatore esterno.
I suoni sono registrati su una microSD card. Le modalità di registrazione sono descritte più avanti.
La scheda BT-COMANDI+SUONI può verificare lo stato di max 8 contatti d’ingresso (numerati da
IN-1 a IN-8), che viene trasmesso e visualizzato sul cellulare. I contatti devono essere “puliti”; in alternativa
la scheda accetta segnali on/off con tensione max di 5 V.
Una volta installata l’App “Bluetooth Controller”, si può procedere alla programmazione dei nove tasti di
comando premendo il tasto “SET KEYS”.
Per ogni tasto si può programmare il nome dello stesso (Key Name) e la stringa di comando da trasmettere
(Data of Key). Ad ogni comando trasmesso corrisponde una risposta da parte della scheda
BT-COMANDI+SUONI.

I vari comandi possibili sono:

A fine programmazione premere il tasto OK.
Per collegare il cellulare alla scheda BT-COMANDI+SUONI, procedere come segue:
1. Alimentare la scheda BT-COMANDI+SUONI. Il led sulla scheda Bluettoth HC-06 lampeggia.
2. Avviare l’App Bluetooth Controller (se non si era attivata la connessione Bluetooth, l’App richiede
    l’autorizzazione; rispondere SI)
3. Premere il pasto SCAN. L’App esegue la scansione fino a trovare la connessione con il modulo
    HC-06 della scheda BT-COMANDI+SUONI (il modulo può apparire col nome HC-06 oppure con un
    nome diverso). Premere sul nome della connessione prescelta. Appare la scritta “Connected
    (nome)”; il led sulla scheda Bluetooth HC-06 si accende fisso.
4. Premere i tasti di comando e/o verifica. Le relative risposte sono visualizzate sul cellulare.

Esempi di comandi
C02T12# Accende canale 2 per 1,2 secondi
C04X# Commuta canale 4
S09T00# Spegne suono 9
S09T99# Accende suono 9
S09T25# Accende suono 9 per 2,5 secondi

REGISTRAZIONE SUONI
I suoni registrati devono essere su file audio di formato .wav
I suoni vanno elaborati con un opportuno programma; in questo caso ho ulilizzato il programma “WavePad
Audio Editor” che è scaricabile gratuitamente per uso personale.
I suoni alla fine devono essere del formato xxxx.wav (xxxx è un numero a 4 cifre) campionato a 16 kHz, 8 bit,
normalizzati per 0 dbm di picco ed equalizzati a 10 kHz.
Il modulo audio non prevede il loop dei suoni e quindi la durata dei singoli suoni deve essere adeguata,
concatenando il campione di suono fino alla durata necessaria. Con le caratteristiche di campionamento
richieste, il suono occupa circa 1 Mb di memoria ogni minuto di durata. Il modulo audio accetta microSD
card di capacità max 1 Gb.
Nella scheda si possono registrare fino a 100 suoni, con l’obbligo di utilizzare i nomi dei file che vanno da
0000.wav a 0099.wav

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e troveremo una soluzione.

24 Settembre 2017

La potenza indicata sulla scatola di comando sopra descritta è approssimativa e volevo attrezzarmi con uno strumento

che mi potesse dare una misura più corretta.

Il problema è che il motore viene alimentato dal chopper, che fornisce un'onda quadra a frequenza elevata e duty cycle

variabile ad un carico induttivo.

Scartando soluzioni di tipo digitale che sono al di fuori delle mie capacità, ho optato per un moltiplicatore analogico

a larga banda; questo fa il prodotto (tensione x corrente) senza introdurre errori di fase.

Senza addentrarmi in ulteriori particolari, ho realizzato questo strumento che ha un fondo scala di tensione di 15V e due

scale di corrente (50 A f.s. e 100 A f.s.). Lo strumento ha la sezione di misura galvanicamente isolata e viene alimentato

dalla batteria 12V che alimenta il chopper; la tensione di batteria viene anch'essa misurata.

Un altro ingresso misura la velocità di rotazione del motore tramite un sensore Hall ed un magnete fissato sull'asse.

Oltre ad essere visualizzate, le misure possono essere registrate su una microSD card per poi essere elaborate anche in

forma di grafici. Il tempo di scansione e registrazione minimo delle misure è di 0,2 s e può essere variato a piacimento anche

durante la scansione.

Qui di seguito due foto dell'elettronica dello strumento e del pannello di controllo:

La foto che segue mostra invece un esempio di grafico ottenuto dalle misure.

Nella prima parte le misure di tensione e corrente del motore sono negative e poi passano a positive quando si inverte la marcia.

Il grafico è un po' complesso perchè durante la registrazione ho azionato più volte il freno.........

Ed infine una foto del "banco di prova". A sinistra si vede il motore accoppiato ad un altro motore a magneti permanenti che funge da

dinamo e la cui uscita è collegata ad un carico elettronico che si vede a destra. Il tutto è comandato da un chopper con collegamento

BlueTooth del quale si vedono scheda e scatola di controllo. Il Wattmetro è collegato al motore del banco di prova.

12 Novembre 2019

Ho realizzato la scheda suoni FF-SUONI che permette di generare contemporaneamente, oltre ai Suoni Base (v. descrizioni precedenti),

altri 5 suoni registrati su Micro SD Card. La scheda prevede diversi settaggi ed opzioni. Ecco una foto: