Un sistema de control realimentado para orientar automáticamente la cúpula de un observatorio de 2.5 m de diámetro.
El motor que impulsa el movimiento de la cúpula es model TWT 12SGU de 24Vcc, 1000W y se alimenta con un driver Baldor BC204. El driver tiene una entrada SIG que sigue una tensión de +15V a -15V de acuerdo al sentido del torque deseado.
El controlador debe instalarse en una posición cómoda para operar los controles de la cúpula y/o cercano a una PC para realizar la conexión mediante cable USB. Los sensores y relés se montan en una misma carcasa con lo cual es necesario extender la conexión para el driver del motor de la cúpula.
Se utilizó una caja estanca para instalar el controlador y demás hardware necesario. En la parte posterior se dispone de tres conectores, uno de alimentación, uno USB-B periférico para la comunicación con la PC y otro RJ45 para transmitir y recibir las señales de los sensores y la acción de control.
Para implementar el algoritmo de control se usa la plataforma Arduino Nano. Se dispone de 13 pines de entradas/salidas digitales, 8 pines de entradas analógicas, un puerto de comunicación serie entre otras características requeridas para el proyecto.
La acción de control es discreta y tiene tres estados: apagado, rotación derecha o rotación izquierda. Para desacoplar los niveles de tensión de TTL utilizado por el microcontrolador y las tensiones utilizadas por el driver del motor se utilizaron optoacopladores 4N25 y relés de 12V. Las bobinas de los relés se alimentan con las salidas de ±15V del driver para evitar transmitir esta energía por el cable a larga distancia. Para reducir el nivel de tensión a 12V se colocaron resistencias de 100Ω en serie. El esquema del bloque de actuadores se muestra a continuación:
La posición de la cúpula se detecta con sensores ópticos CNY70 y cintas reflectantes a lo largo de la estructura circular de modo de medir la distancia recorrida sobre el perímetro a medida que ésta se desplaza. Para determinar el sentido de giro se implementó un circuito encoder típico usando un par de flip-flop D del integrado 74HC74. Con el fin de filtrar ruido, evitar falso disparo y rebotes de la señal se usa un Smith Trigger (integrado 7414) y un filtro capacitivo como se muestra en el esquema.
Para transmitir los datos de los sensores y actuadores se usa un cable tipo par trenzado de 4 pares UTP y conectores RJ45 para los chasis de las partes. La figura muestra la asignación de pines del conector donde R1 y R2 hacen referencia a las señales de activación de los relés y D1 y D2 a las señales de los sensores ópticos:
La conexión USB para la PC se realiza mediante un conector USB tipo B para periféricos y se utiliza el pin 1 Vcc desconectado para no alimentar el sistema desde del puerto de la PC. Desde el conector montado en la plaqueta se conecta al puerto USB mini-B de Arduino con cables unifilares respetando la asignación de pines. Para alimentación se requiere 5 V y 1 A cc, con lo que se emplea un adaptador estándar.
Para mostrar información relevante del sistema de control se emplea un display LCD de 4 filas por 20 columnas cuyo diagrama de conexión al microcontrolador se muestra en la figura a continuación. El display requiere ocupar 6 pines de entrada/salida digitales para lo que se seleccionaron los pines D7 a D12 del Arduino Nano. El pin Vo de graduación de contraste va directamente a tierra, aunque en otros esquemas se emplea un potenciómetro para variar el nivel, en este caso no hace falta por la poca nitidez de los caracteres.
El control manual del sistema se activa o desactiva con un pulsador push conectado al pin digital D13 y la dirección de movimiento de la cúpula se elige con una llave selectora de tres puntos cuya posición se lee con el pin analógico A7.
(U$D 1 = AR$ 15)
| Componente | Cantidad | Precio U. | Subtotal |
|---|---|---|---|
| Arduino Nano | 1 | 250 | 250 |
| Bornera 2P 8A 300V | 2 | 5,5 | 11 |
| Cable interfaz IDE | 1 | 1,75 | 1,75 |
| Capacitor 100nF | 1 | 3 | 3 |
| Capacitor 10nF | 2 | 3 | 6 |
| Cloruro Férrico 250ml | 0,02 | 48 | 0,96 |
| Transformador 5V 1A | 1 | 75 | 75 |
| Chasis Plástico 150x140x80 | 1 | 165 | 165 |
| Chasis Plástico 115x75x33 | 1 | 80 | 80 |
| CI 7414 | 1 | 20 | 20 |
| CI 7474 | 1 | 25 | 25 |
| Conector Alimentación 5V macho | 1 | 5 | 5 |
| Conector Alimentación 5V hembra | 1 | 7,5 | 7,5 |
| Conector RJ45 hembra | 2 | 15 | 30 |
| Conector RJ45 macho | 2 | 12,5 | 25 |
| Conector Mini USB | 1 | 15 | 15 |
| Conector USB-B | 1 | 18 | 18 |
| Detector IR CNY70 | 2 | 45 | 90 |
| Display LCD 20x4 | 1 | 280 | 280 |
| Estaño 250gr. | 0,05 | 250 | 12,5 |
| Led | 2 | 2 | 4 |
| Llave selectora 3 pts. | 1 | 15 | 15 |
| Optoacoplador 4N25 | 2 | 12 | 24 |
| Papel satinado A4 + impresión | 2 | 2 | 4 |
| Plaqueta virgen pertinax 10x5 | 1 | 15 | 15 |
| Plaqueta virgen pertinax 5x5 | 1 | 8 | 8 |
| Plaqueta universal perforada 5x5 | 0,5 | 10 | 5 |
| Portaled | 2 | 1,5 | 3 |
| Pulsador | 1 | 9,5 | 9,5 |
| Relay HJR-21FF 12V | 2 | 26 | 52 |
| Resistencia 1/4W | 9 | 0,75 | 6,75 |
| Switch On/Off | 1 | 12 | 12 |
| Termocontraíble 5 Metros | 0,1 | 90 | 9 |
| Tira de pines hembra p/cable | 1 | 25 | 25 |
| Tira de pines hembra p/soldar | 1 | 30 | 30 |
| Tira de pines macho p/soldar | 1 | 10 | 10 |
| Total | 1352,96 |