PM.2-01 A001 (Placa Microcontrolada)

La placa PM.2-01 A001 es un diseño de placa base para la automatización de sistemas electrónicos/eléctricos. Este diseño sencillo parte de la idea de tener un propio PLC casero que se pueda programar y que tenga la posibilidad de comunicar, ya sea con una PC, con otra placa PM.2-01 o con cualquier otro dispositivo que tenga un puerto de comunicación similar y que su protocolo sea compatible.

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La placa está compuesta por entradas y salidas, analógicas y digitales, un puerto de comunicación USB 2.0, un puerto de comunicación SD-88 (protocolo propio), y un puerto ICSP (Microchip). Tiene integrado además un zócalo de expansión para placas de comunicación I2C, ISP, o para cualquier protocolo por software.

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El diseño de la PCB esta hecho en Ares Proteus, en una base de pertinax de 100 mm x 100 mm, con pistas de 1.8 mm de espesor y con puntos de soldado de 3.4 mm.

La PCB se compone de un micro controlador PIC18F4550 de Microchip, ubicado sobre un zócalo de 40 pines para poder manipularlo. El consumo de este micro es de solo 5.0 VDC y su corriente máxima ronda los 2 mA sin carga en sus pines. En la PCB se encuentran dos LED de control, uno de RUN (pin 19) y el otro de comunicación activa (pin 20). Además existe un relé que se puede configurar con cualquiera de estas dos salidas de control por medio de un jumper. Para que este micro pueda llegar a la velocidad de 48.000 Mhz necesaria para comunicar con USB, es necesario la implementación de un arreglo de condensadores con un cristal oscilador que cumpla la función de reloj, este cristal de 20.000 Mhz lleva en serie 2 condensadores de 2200 pF en paralelo.


ENTRADAS:

PUERTO PRINCIPAL DE ENTRADAS: Son seis (6) digitales opto acopladas de 5.0 VDC (max), y tres (3) de ellas pueden configurarse como analógicas con una resolución de 8 a 10 bit, siempre con un máximo de voltaje de 5.0 VDC.

PUERTO DE PULSADORES: Tiene un zócalo para la conexión de cuatro (4) pulsadores + su común, con sus respectivas resistencias de pull up integradas en la PM. Estas 4 entradas no se encuentran opto acopladas.


SALIDAS:

PUERTO PRINCIPAL DE SALIDAS: Son seis (6) digitales a transistor, que permiten una corriente máxima de 200 mA a 5.0 VDC.


PUERTOS DE COMUNICACIÓN:

  • USB 2.0

Este puerto se puede utilizar para múltiples propósitos, según el código firmware del micro y el software que utilicemos podemos llegar a tener un control total de las E/S y sus puertos de comunicación; hasta se puede lograr la programación del micro por medio de un bootloader de firmware base, que se puede obtener desde la web de Microchip.

  • ICSP (Microchip)

La programación del micro se realiza por medio de este puerto a través de un programador con la PC y su software compilador. Pero también es posible desde el USB como ya se mencionó.

  • SD-88 (protocolo propio)

Es una interfaz de comunicación de diseño propio con una norma de transferencia de datos que permite una conexión segura entre micro controladores, interconectados en un bus continuo, sin necesidad de existir un máster en el bus, solo un numero de nodo.

  • LCD-C

Puerto de control para un display LCD. (RS-RW-E)

  • LCD-D

Puerto de transferencia de datos para un display LCD. (4 bit’s)

  • AUXILIAR

Zócalo auxiliar que permite ser configurado como E/S, puerto ISP, puerto I2C, o cualquier otro protocolo.



COMPONENTES:

  • 1 – MINI RELÉ 5.0 VDC
  • 1 – CONECTOR USB TIPO B HEMBRA P/ PCB
  • 1 – MICROCHIP PIC18F4550
  • 6 – OPTOACOPLADOR 4N26
  • 7 – TRANSISTOR BC547
  • 7 – DIODO 1N4007
  • 1 – LED 2.5 mm VERDE
  • 1 – LED 2.5 mm AMBAR
  • 1 – CRISTAL 20.000 Mhz
  • 8 – RESISTENCIA 470 Ohm
  • 18 – RESISTENCIA 10 Kohm
  • 2 – CONDENSADOR 2200 pF
  • 1 – CAPACITOR 0,47 uF
  • 64 – PIN 1.5 INCH
  • 1 – ZÓCALO DIP 40 PIN
  • 1 – ZÓCALO CLIP x 2 CONTACTOS


 DISEÑO DE PCB:

Placa de 100 mm x 100 mm

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DETALLE DE PUERTOS Y CONEXIONES:

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Las entradas principales son seis y son opto acopladas. La conexión de las mismas requieren entre 0 a 5 VDC máximos para la configuración analógica, y 5 VDC para la configuración digital. Es muy importante respetar el máximo de voltaje ya que se puede averiar el opto acoplador.

De la misma manera se debe tener precaución con las seis salidas principales. Las mismas proveen 5 VDC con 200 mA máximos c/u. La sobre corriente puede averiar el transistor.

Cualquier avería en alguna entrada o salida en particular, no deberá causar inconvenientes en el resto de las entradas o salidas, a menos que el problema este radicado en otro sector de la placa y que afecte la misma en su totalidad.

Los pulsadores son un circuito cerrado que no tienen opto acopladores ya que la idea de conexión es utilizar pulsadores en cada entrada con un único común. Si se desea, se puede utilizar este puerto para otro fin (entradas/salidas).

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  •  RESET: Por medio de un jumper, pulsador o cualquier método de contacto, se puede resetear el micro controlador de ser necesario. Existen situaciones que pueden llevar al bloqueo del micro, como un error de rutina en el firmware, un bloqueo en sus puertos de comunicación, una falla en la fuente de alimentación, una sobre tensión en las entradas, una mala conexión, o una sobrecarga en las salidas o un cortocircuito. Es muy importante respetar y controlar todas las conexiones para no causar un mal funcionamiento. Si la placa llega al bloqueo y es necesario un reset, esto significa una situación critica que no se puede tolerar bajo ningún aspecto.
  • PUERTO ICSP: Este puerto es el principal para el micro, podemos alimentar la placa, programar la memoria del micro, y correr el programa online por medio del programador y verificar cada rutina. Es importante recordar que la alimentación por medio de este puerto tiene un limite en la corriente máxima que otorga el programador, solo se debe utilizar la alimentación del programador para quemar la memoria o verificar una rutina, no para probar la placa completa.
  • PUERTO SD-88: Puerto de comunicación para un protocolo diseñado exclusivamente para usar en esta placa (PM.2-01 A001). El sd-88 es una comunicación serial que maneja voltajes de 2.5 a 5.0 VDC y que permite por medio de una placa de comunicación llegar a voltajes mucho mas elevados pero con reducción de velocidad de transferencia de datos.
  • PUERTO DE SALIDAS DIRECTA A PINES: El puerto de conexión a los pines de salida del micro son para control, pero se pueden utilizar para numerosos fines si se requiere.
  • PUERTO DE ENTRADAS DIRECTA A PINES: De la misma manera que el puerto de salida, este puerto de entrada se utiliza para el control pero puede ser utilizado para otros casos.
  • PUERTO AUXILIAR: La implementacion de algún sensor o cualquier otro dispositivo ya sea de entrada como salida, puede ser implementado en este puerto auxiliar. Tiene sus pines directo al micro y su fin de utilizar queda sujeta a la programación que se le de desde el firmware.
  • PUERTO LCD DE CONTROL: Este puerto permite el control de un display LCD, desde aca podemos leer, escribir, y habilitar los bancos de memoria del diplay.
  • PUERTO LCD DE DATOS: Por medio de este puerto se transfieren los datos de forma bidireccional según el puerto de control, hacia el diplay LCD. Esta transferencia es en 4-bit´s.
  • PULSADORES x4: El puerto de pulsadores esta dedicado a ser entradas y con un circuito cerrado. De ser necesario se puede utilizar como entradas, opto acoplando las mismas, ya que este puerto trabaja directo en los pines del micro controlador.
  • FUENTE DE ALIMENTACIÓN: La fuente de alimentación es sumamente importante en un sistema electrónico. En esta placa se requiere de una fuente de 5.0 VDC + 12% – 0 % y 2 Amp. La utilización de fuentes de alimentación switching es una alternativa eficaz pero es necesario controlar su respuesta de salida a diversos factores que se pueden dar en esta placa, como pueden ocurrir en las salidas si implementamos reles (electromecánicos). También es muy importante con que tipo de tensión alimentamos estas fuentes; particularmente tengo una de estas placas alimentadas con una fuente switching que en algunos casos se conecta a la red eléctrica y de manera abrupta pasa a ser alimentada con una UPS sps o a un grupo electrógeno según la necesidad; esto muchas veces produce micro bajones en la salida de la fuente que llevan al micro al bloqueo, por lo que tengo que resetear el mismo. La solución de esto es colocar una UPS online o un buen filtro de capacitores a la fuente.
  • ALIMENTACIÓN 5 VDC PARA LCD: Este puerto esta dedicado como salida para alimentar el display LCD.
  • JUMPER CONTROL DE RELÉ: En este zócalo podemos ubicar el jumper para controlar el relé integrado en la placa. El relé puede pegar cuando la placa entra en RUN o cuando exista alguna comunicación activa en algún puerto.
  • NC-NA-RELÉ: Zócalo de conexión de salidas de relé.
  • LED RUN: Led testigo para control de micro en RUN.
  • LED COM: Led testigo para control de comunicación activa en algún puerto.

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PLACAS EN PROCESO DE FABRICACIÓN:

En este momento no tengo ninguna placa terminada para tomar las fotos, pero tengo un par que esta en proceso de fabricación que solo les falta los opto acopladores y los transistores, más algunas resistencias y diodos, pero se logra ver un modelo real del proyecto.

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El trazado de las pistas puede realizarse de diversas maneras, existen métodos muy rudimentarios y otros costosos y de mejor calidad, sea cual sea que se utilice, es muy importante la paciencia y la practica para lograr un buen trabajo, todo es posible aprender, pero con ganas.

En mi caso utilizo la lamina fotosensible por medio de luz UV, es un proceso de prueba y error hasta lograr un buen acabado, pero los detalles son perfectos y queda muy bien.

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Este proyecto es sencillo y practico para realizar, se puede implementar en lo que quieran automatizar, es de muy bajo costo y sus componentes se consiguen sin problema.

Tengo varios firmware que he desarrollado para utilizar como banco de prueba ya sea para la comunicación USB y también el resto de la placa.

Firmware F1:

Permite trabajar con el software del firmware SW.0-01 A001 (control de bancos de memoria y bus de comunicación usb en 8 byte)

  • Conexión USB 2.0 (8 byte)
  • Led RUN
  • Led COM

DESCARGAR .HEX!

DESCARGAR SOFTWARE FIRMWARE SW.0-01 A001!

 

Firmware F2:

Permite trabajar con el software del firmware SW.0-01 A001 (control de bancos de memoria, bus de comunicación usb en 8 byte, y entradas y salidas analógicas y digitales)

  • Conexión USB (8 byte)
  • Led RUN
  • Led COM
  • I/O Analógicas/Digitales

DESCARGAR .HEX!

DESCARGAR SOFTWARE FIRMWARE SW.0-01 A001!

 

Firmware F3:

Permite trabajar con el software del firmware SW.0-02 A001 (control de bancos de memoria, bus de comunicación usb en 64 byte, simulación de entradas y salidas analógicas y digitales, simulación de pulsadores, y el control del puerto de comunicación sd-88 configurado en 6 byte de transferencia, ademas consta de un display LCD 4×20).

  • Conexión USB (64 byte)
  • Led RUN
  • Led COM
  • Display LCD 4×20
  • I/O Analógicas/Digitales
  • Puerto SD-88 (6 byte)

DESCARGAR .HEX!

DESCARGAR SOFTWARE FIRMWARE SW.0-02 A001!

 

Firmware F4:

Permite trabajar con el software del firmware SW.0-02 A001 (control de bancos de memoria, bus de comunicación usb en 64 byte, SD-88 de 6 byte, micro optimizado para alta velocidad de ciclo, display LCD 4×20)

  • Conexión USB (64 byte)
  • Led RUN
  • Led COM
  • Display LCD 4×20 (OPCIONAL)
  • I/O Analógicas/Digitales
  • Puerto SD-88 (6 byte)

CON LCD DESCARGAR .HEX!

SIN LCD DESCARGAR .HEX!

DESCARGAR SOFTWARE FIRMWARE SW.0-02 A001!

 

Firmware F5:

Permite trabajar con el software del firmware SW.0-02 A001 (control de bancos de memoria, bus de comunicación usb en 64 byte, SD-88 de 6 byte, micro optimizado para alta velocidad de ciclo, display LCD 4×20). Es un firmware diseñado para el control de un tablero de transferencia automática entre la tensión de linea de red y un generador alterno de emergencia.

-> VER PROYECTO COMPLETO (TTA)

  • Conexión USB (64 byte)
  • Led RUN
  • Led COM
  • Display LCD 4×20
  • I/O Analógicas/Digitales
  • Puerto SD-88 (6 byte)
  • Sistema de control y transferencia automática de tensión eléctrica (con control de generador)

DESCARGAR .HEX!

DESCARGAR CODIGO FUENTE .c!

DESCARGAR PROYECTO FIRMWARE F5 COMPLETO!

DESCARGAR SOFTWARE FIRMWARE SW.0-02 A001!

 



 

Todos los firmware están compilados en hexadecimal listos para ser grabados en el micro controlador PIC18F4550.

Todos los software de firmware están compilados y linkeados en visual basic 6.0, y adjuntan un .dll para la comunicación USB.

 

Espero les resulte útil este proyecto. Por cualquier consulta o duda: qsl@lu2fff.com.ar o federicofrutos@gmail.com

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